Σχεδίαση Εμφυτεύσιμων Κεραιών Διπλής Ζώνης για Ιατρική Τηλεμετρία

Abstract

H ανάπτυξη ευφυών συστημάτων περίθαλψης, τα οποία θα μεταδίδουν κρίσιμες ζωτικές παραμέτρους του ασθενούς σε πραγματικό χρόνο σε εξειδικευμένο προσωπικό, αναμένεται να δώσουν σημαντική ώθηση στην έγκαιρη πρόληψη και θεραπεία. Σημαντικό στοιχείο της εξέλιξης των ευφυών συστημάτων περίθαλψης αποτελεί η ανάπτυξη εμφυτεύσιμων ιατρικών διατάξεων, οι οποίες διαθέτουν τη δυνατότητα παρακολούθησης κρίσιμων φυσιολογικών παραμέτρων και ανταλλαγής δεδομένων με εξωτερικές διατάξεις επίβλεψης/ελέγχου σε πραγματικό χρόνο, αναβαθμίζοντας σημαντικά την ποιότητα ζωής των ασθενών. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η σχεδίαση μίας πρωτότυπης εμφυτεύσιμης κεραίας διπλής ζώνης (ζώνη MICS, 402.0–405.0 ΜΗz, και ζώνη ISM, 2400.0–2483.5 MHz), μικροσκοπικών διαστάσεων, για ενσωμάτωση επί εμφυτεύσιμων ιατρικών διατάξεων. Η απόφαση για τη σχεδίαση κεραίας διπλής ζώνης προήλθε από την ανάγκη αύξησης της ενεργειακής αυτονομίας της εμφυτεύσιμης κεραίας. Η συχνότητα συντονισμού, η σμίκρυνση των διαστάσεων, το εύρος ζώνης, το κέρδος, και η συμμόρφωση με διεθνείς οδηγίες ασφαλούς έκθεσης του ανθρώπινου οργανισμού στην ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία είναι οι σημαντικότερες προκλήσεις σχεδίασης της κεραίας. Στο πλαίσιο της εργασίας, μελετάται η φιλοσοφία σχεδίασης μιας εμφυτεύσιμης κεραίας μικροταινίας διπλής ζώνης της βιβλιογραφίας, η οποία αποτελεί τη βάση για τη σχεδίαση μιας πρωτότυπης κεραίας διπλής ζώνης με βελτιστοποιημένη γεωμετρία και επιδόσεις. Πραγματοποιείται σχεδίαση και μελέτη της πρωτότυπης κεραίας εντός απλοποιημένου μοντέλου ιστών, καθώς και μελέτη των επιδόσεων αυτής εντός του δέρματος του ανθρώπινου βραχίονα.

The development of advanced and efficient healthcare systems, in which patients' vital physiological data are transmitted to qualified personnel in real time, will give a major boost at early diagnosis and treatment. The development of implantable medical devices (IMDs) is one of the most important aspects towards establishing such an advanced healthcare system. These devices are designed to monitor crucial physiological parameters and communicate with exterior control devices in real time, thus significantly improving the patients' quality of life. The aim of this diploma thesis is to design a novel dual band implantable antenna (MICS Band, 402.0-405.0 MHz and ISM Band, 2400.0-2483.5 MHz), with miniaturized dimensions, which can be integrated onto an IMD. The main reason behind the design of a dual band antenna was the need to increase its energy autonomy. Resonance frequency, miniaturization, bandwidth, gain and compliance with international safety guidelines for human exposure to electromagnetic radiation are the most important design challenges of an implantable antenna. This thesis studies the design of an implantable dual-band patch antenna of the literature, which further enables the design of a novel dual-band patch antenna with optimized geometry and performance. Design and performance evaluation of the novel antenna are performed inside a simplified skin-tissue model, as well as inside the skin tissue of a canonical model of the human arm.