Διερεύνηση και εκτίμηση του δείκτη απωλειών του ασύρματου καναλιού εντός του ανθρώπινου σώματος (in body channel) για έξυπνες εφαρμογές τηλεϊατρικής
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση μίας πρωτότυπης, εμφυτεύσιμης κεραίας διπλής ζώνης (MedRadio 401-406MHz, ISM 2.4-2.4835GHz) για συλλογή των ζωτικών δεδομένων του παγκρέατος και η μελέτη των απωλειών του ασύρματου καναλιού σε συνθήκες εμφύτευσης. Μία τέτοια εφαρμογή, θα μπο...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/15334 |
| id |
nemertes-10889-15334 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Ασύρματα δίκτυα ανθρώπινου σώματος Eμφυτεύσιμες κεραίες Wireless body area networks Implantable antennas ISM band MedRadio band SARm Anatomical models Dual-band Bioengineering |
| spellingShingle |
Ασύρματα δίκτυα ανθρώπινου σώματος Eμφυτεύσιμες κεραίες Wireless body area networks Implantable antennas ISM band MedRadio band SARm Anatomical models Dual-band Bioengineering Ματθαίου, Μαρία Σωτηρία Διερεύνηση και εκτίμηση του δείκτη απωλειών του ασύρματου καναλιού εντός του ανθρώπινου σώματος (in body channel) για έξυπνες εφαρμογές τηλεϊατρικής |
| description |
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση μίας πρωτότυπης, εμφυτεύσιμης κεραίας διπλής ζώνης (MedRadio 401-406MHz, ISM 2.4-2.4835GHz) για συλλογή των ζωτικών δεδομένων του παγκρέατος και η μελέτη των απωλειών του ασύρματου καναλιού σε συνθήκες εμφύτευσης. Μία τέτοια εφαρμογή, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε έναν αισθητήρα ο οποίος θα ενημερώνεται σχετικά με τα επίπεδα γλυκόζης στο πάγκρεας και στη συνέχεια να στέλνει τα αποτελέσματα σε έναν αισθητήρα στην επιφάνεια ή εξωτερικά του σώματος, ο οποίος μέσω του διαδικτύου θα επικοινωνεί με τον γιατρό και θα ρυθμίζει τα επίπεδα ινσουλίνης που πρέπει να λάβει ο ασθενής. Ο σακχαρώδης διαβήτης είναι μία πολύ κοινή και επικίνδυνη ασθένεια και η συνεχής παρακολούθηση της γλυκόζης μη-επεμβατικά μπορεί να βελτιώσει την ζωή χιλιάδων ασθενών. H σχεδίαση και η προσομοίωση της κεραίας σε ένα κανονικό μοντέλο παγκρέατος πραγματοποιήθηκε με χρήση του λογισμικού HFSS της εταιρείας Ansys. Μια εμφυτεύσιμη κεραία πρέπει να έχει μικρό μέγεθος και να συντονίζεται στις κατάλληλες συχνότητες λειτουργίας. Επομένως εισήχθη ένας αγώγιμος βρόχος και εγκοπές στην αγώγιμη επιφάνεια της κεραίας. Στη συνέχεια αναλύθηκαν οι επιδόσεις ακτινοβολίας και συντονισμού της κεραίας. Η απόφαση για την λειτουργία της κεραίας σε διπλή ζώνη λειτουργίας έγινε για να παρέχεται στην εμφυτεύσιμη συσκευή ενεργειακή αυτονομία. Επιπλέον, για μία πιο εκτεταμένη εικόνα της λειτουργίας της κεραίας αυτής μελετήθηκε η ασύρματη ζεύξη που δημιουργείται μεταξύ της εμφυτεύσιμης κεραίας και μίας εξωτερικής με σκοπό την αξιολόγηση της ποιότητας μετάδοσης των ζωτικών δεδομένων. Τέλος, με τη βοήθεια του εμπορικού λογισμικού Sim4Life της ZMT,Zurich MedTech αναλύθηκε η συμπεριφορά της κεραίας όταν βρίσκεται στην επιφάνεια του παγκρέατος δύο ανατομικών μοντέλων (αντρικού και γυναικείου) τα οποία διαθέτουν όλα τα χαρακτηριστικά και τις διηλεκτρικές ιδιότητες των βιολογικών ιστών για την ανάλυση της συμπεριφοράς του σήματος καθώς διαπερνά τα όργανα. Υπολογίστηκαν και αξιολογήθηκαν σε κάθε ανατομικό μοντέλο οι επιδόσεις ακτινοβολίας, οι κατανομές ηλεκτρικών πεδίων, οι τιμές SAR και οι επιτρεπόμενες μέγιστες τιμές ισχύος τροφοδοσίας καθώς και οι διακυμάνσεις του ηλεκτρικού πεδίου όταν το ηλεκτρομαγνητικό κύμα απομακρύνεται από την κεραία και πραγματοποιήθηκε μία συγκριτική μελέτη μεταξύ των δύο ανατομικών μοντέλων. |
| author2 |
Matthaiou, Maria Sotiria |
| author_facet |
Matthaiou, Maria Sotiria Ματθαίου, Μαρία Σωτηρία |
| author |
Ματθαίου, Μαρία Σωτηρία |
| author_sort |
Ματθαίου, Μαρία Σωτηρία |
| title |
Διερεύνηση και εκτίμηση του δείκτη απωλειών του ασύρματου καναλιού εντός του ανθρώπινου σώματος (in body channel) για έξυπνες εφαρμογές τηλεϊατρικής |
| title_short |
Διερεύνηση και εκτίμηση του δείκτη απωλειών του ασύρματου καναλιού εντός του ανθρώπινου σώματος (in body channel) για έξυπνες εφαρμογές τηλεϊατρικής |
| title_full |
Διερεύνηση και εκτίμηση του δείκτη απωλειών του ασύρματου καναλιού εντός του ανθρώπινου σώματος (in body channel) για έξυπνες εφαρμογές τηλεϊατρικής |
| title_fullStr |
Διερεύνηση και εκτίμηση του δείκτη απωλειών του ασύρματου καναλιού εντός του ανθρώπινου σώματος (in body channel) για έξυπνες εφαρμογές τηλεϊατρικής |
| title_full_unstemmed |
Διερεύνηση και εκτίμηση του δείκτη απωλειών του ασύρματου καναλιού εντός του ανθρώπινου σώματος (in body channel) για έξυπνες εφαρμογές τηλεϊατρικής |
| title_sort |
διερεύνηση και εκτίμηση του δείκτη απωλειών του ασύρματου καναλιού εντός του ανθρώπινου σώματος (in body channel) για έξυπνες εφαρμογές τηλεϊατρικής |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/15334 |
| work_keys_str_mv |
AT matthaioumariasōtēria diereunēsēkaiektimēsētoudeiktēapōleiōntouasyrmatoukanaliouentostouanthrōpinousōmatosinbodychannelgiaexypnesepharmogestēleïatrikēs AT matthaioumariasōtēria investigationandassessmentofthewirelesschannellossindexinthehumanbodyinbodychannelforsmarttelemedicineapplications |
| _version_ |
1771297195366023168 |
| spelling |
nemertes-10889-153342022-09-05T09:40:12Z Διερεύνηση και εκτίμηση του δείκτη απωλειών του ασύρματου καναλιού εντός του ανθρώπινου σώματος (in body channel) για έξυπνες εφαρμογές τηλεϊατρικής Investigation and assessment of the wireless channel loss index in the human body (in body channel) for smart telemedicine applications Ματθαίου, Μαρία Σωτηρία Matthaiou, Maria Sotiria Ασύρματα δίκτυα ανθρώπινου σώματος Eμφυτεύσιμες κεραίες Wireless body area networks Implantable antennas ISM band MedRadio band SARm Anatomical models Dual-band Bioengineering Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση μίας πρωτότυπης, εμφυτεύσιμης κεραίας διπλής ζώνης (MedRadio 401-406MHz, ISM 2.4-2.4835GHz) για συλλογή των ζωτικών δεδομένων του παγκρέατος και η μελέτη των απωλειών του ασύρματου καναλιού σε συνθήκες εμφύτευσης. Μία τέτοια εφαρμογή, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε έναν αισθητήρα ο οποίος θα ενημερώνεται σχετικά με τα επίπεδα γλυκόζης στο πάγκρεας και στη συνέχεια να στέλνει τα αποτελέσματα σε έναν αισθητήρα στην επιφάνεια ή εξωτερικά του σώματος, ο οποίος μέσω του διαδικτύου θα επικοινωνεί με τον γιατρό και θα ρυθμίζει τα επίπεδα ινσουλίνης που πρέπει να λάβει ο ασθενής. Ο σακχαρώδης διαβήτης είναι μία πολύ κοινή και επικίνδυνη ασθένεια και η συνεχής παρακολούθηση της γλυκόζης μη-επεμβατικά μπορεί να βελτιώσει την ζωή χιλιάδων ασθενών. H σχεδίαση και η προσομοίωση της κεραίας σε ένα κανονικό μοντέλο παγκρέατος πραγματοποιήθηκε με χρήση του λογισμικού HFSS της εταιρείας Ansys. Μια εμφυτεύσιμη κεραία πρέπει να έχει μικρό μέγεθος και να συντονίζεται στις κατάλληλες συχνότητες λειτουργίας. Επομένως εισήχθη ένας αγώγιμος βρόχος και εγκοπές στην αγώγιμη επιφάνεια της κεραίας. Στη συνέχεια αναλύθηκαν οι επιδόσεις ακτινοβολίας και συντονισμού της κεραίας. Η απόφαση για την λειτουργία της κεραίας σε διπλή ζώνη λειτουργίας έγινε για να παρέχεται στην εμφυτεύσιμη συσκευή ενεργειακή αυτονομία. Επιπλέον, για μία πιο εκτεταμένη εικόνα της λειτουργίας της κεραίας αυτής μελετήθηκε η ασύρματη ζεύξη που δημιουργείται μεταξύ της εμφυτεύσιμης κεραίας και μίας εξωτερικής με σκοπό την αξιολόγηση της ποιότητας μετάδοσης των ζωτικών δεδομένων. Τέλος, με τη βοήθεια του εμπορικού λογισμικού Sim4Life της ZMT,Zurich MedTech αναλύθηκε η συμπεριφορά της κεραίας όταν βρίσκεται στην επιφάνεια του παγκρέατος δύο ανατομικών μοντέλων (αντρικού και γυναικείου) τα οποία διαθέτουν όλα τα χαρακτηριστικά και τις διηλεκτρικές ιδιότητες των βιολογικών ιστών για την ανάλυση της συμπεριφοράς του σήματος καθώς διαπερνά τα όργανα. Υπολογίστηκαν και αξιολογήθηκαν σε κάθε ανατομικό μοντέλο οι επιδόσεις ακτινοβολίας, οι κατανομές ηλεκτρικών πεδίων, οι τιμές SAR και οι επιτρεπόμενες μέγιστες τιμές ισχύος τροφοδοσίας καθώς και οι διακυμάνσεις του ηλεκτρικού πεδίου όταν το ηλεκτρομαγνητικό κύμα απομακρύνεται από την κεραία και πραγματοποιήθηκε μία συγκριτική μελέτη μεταξύ των δύο ανατομικών μοντέλων. The aim of this diploma is to design an electrically small implantable dualband microstrip antenna which will operate in MedRadio and ISM bands((MedRadio 401-406MHz, ISM 2.4-2.4835GHz) and study the losses of the wireless channel that occur when it is implanted in the body. Such an application could be used in a sensor that will be informed about the glucose levels of the pancreas and then send the results to a sensor on the surface or outside the body, which will communicate with the doctor via the internet and regulate the levels of insulin to be taken by the patient. Diabetes is a very common and life threatening disease and continuous non-invasive glucose monitoring can improve the lives of thousands of patients. The antenna was designed and simulated in a canonical pancreatic model using Ansys HFSS software. An implantable antenna requires to be small and tuned to the appropriate frequencies, therefore a conductive loop and slots in the conductive surface of the antenna were introduced. The antenna radiation and tuning performance was analyzed. The decision to operate the antenna in a dual operating zone was made to provide the implantable device with energy autonomy. In addition, for a more extensive picture of the operation of this antenna, the wireless connection created between the implantable antenna and an external one was studied to evaluate the transmission quality of the vital data. Finally, with the help of the software Sim4Life of ZMT, Zurich MedTech the behavior of the antenna was analyzed when it is placed on the surface of the pancreas of two anatomical models (male and female) which have all the characteristics and dielectric properties of biological tissues for the analysis of signal behavior as it passes through the human organs. Radiation performance, electric field distributions, SAR values and maximum allowable power values as well as electric field fluctuations when the electromagnetic wave is away from the antenna were calculated and evaluated in each anatomical model and a comparative study was performed between the two models. 2021-10-15T05:45:45Z 2021-10-15T05:45:45Z 2020-10-20 http://hdl.handle.net/10889/15334 gr application/pdf |
