Θέματα σμίκρυνσης έναντι επιδόσεων ακτινοβολίας και ασφάλειας για εμφυτεύσιμες κεραίες

Abstract

Οι εμφυτεύσιμες ιατρικές διατάξεις (π.χ. βηματοδότες, καρδιακοί απινιδωτές, συσκευές χορήγησης ινσουλίνης, κοχλιακά εμφυτεύματα, κ.α.) προσελκύουν σήμερα υψηλό επιστημονικό ενδιαφέρον. Βασικό στοιχείο των διατάξεων αυτών είναι η δυνατότητα ασύρματης επικοινωνίας τους με εξωτερικές διατάξεις επίβλεψης/ελέγχου. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η σχεδίαση εμφυτεύσιμων κεραιών για ενσωμάτωση επί εμφυτεύσιμων ιατρικών διατάξεων, οι οποίες αποτελούν πρόκληση τόσο για τη μηχανική όσο και για την επιστήμη των τηλεπικοινωνιών. Στόχος της Διπλωματικής εργασίας είναι η συγκριτική μελέτη των επιδόσεων ακτινοβολίας και ασφάλειας εμφυτεύσιμων κεραιών ως συνάρτηση των φυσικών τους διαστάσεων. Αρχικά, θεωρείται ένα παραμετρικό μοντέλο κεραίας για εμφύτευση εντός ιστού δέρματος, και, βάσει αυτού, σχεδιάζονται και μελετώνται οι επιδόσεις δεκαεννιά (19) εμφυτεύσιμων κεραιών μικροταινίας κατ’ αύξουσα σειρά μεγέθους. Έμφαση δίνεται στις επιδόσεις ακτινοβολίας και ασφάλειας, ενώ οι προσομοιώσεις πραγματοποιούνται στο λογισμικό Ansoft HFSS με τη βοήθεια της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Τα αριθμητικά αποτελέσματα επιδεικνύουν βελτίωση των επιδόσεων ακτινοβολίας και ασφάλειας των εμφυτεύσιμων κεραιών με την αύξηση του μεγέθους, οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι η σμίκρυνση των εμφυτεύσιμων κεραιών δεν πρέπει να τίθεται ως αυτοσκοπός.

Implantable medical devices such as pacemakers, cardiac defibrillators, insulin delivery devices, cochlear implants etc., are currently attracting high scientific interest. These devices have the ability to communicate wirelessly with external devices. The interest in designing implantable antennas for integration into implantable medical devices, stems from the challenges regarding both mechanical engineering and the science of telecommunications. The aim of this thesis is the comparative study of the radiation and safety performance of implantable antennas, as a function of their physical dimensions. Initially, a parametric antenna model is considered for skin tissue implantation, and, based on this, nineteen (19) microstrip implantable antennas in ascending order of size are designed and assessed in terms of the exhibited performance. Emphasis is given in radiation and safety performance issues, while simulations are performed with the Ansoft HFSS suite, using the finite element method. Numerical results show improvement of the exhibited radiation and safety performance with increasing size, leading to the conclusion that miniaturization of implantable antennas should not be set as a goal in itself.