Motýlková anténa a zjednodušený model systému pro sledování cévní mozkové příhody

Abstract

Práce se zabývá studiem mikrovlnného záření v interakci s lidskou tkání, tzv. mikrovlnným zobrazováním (MWI). Jedná se o metodu rozvíjející se převedším v oblasti detekce karcinomu prsu a včasné diagnostiky cévní mozkové příhody (CMP). Metoda je založena na unikátním způsobu šíření elektromagnetických vln skrze tkáně, díky odlišnosti v jejich dielektrických parametrech a tvarech. Cílem práce je navrhnout a realizovat zjednodušený systém pro sledování vývoje CMP a ověřit hypotézu, že lze odlišit CMP od zdravé mozkové tkáně na základě rozdílnosti dielektrických parametrů. Systém se skládá z nádoby vytisknuté na 3D tiskárně, osmi v rovině po obvodu rozmístěných motýlkových antén a kapalného fantomu lidské hlavy. Do fantomu lidské hlavy lze umístit cylindrické nádoby vyplněné kapalinou s odlišnými dielektrickými vlastnostmi, než má fantom, a tím simulovat CMP. Antény jsou spojeny přes přepínací matici s vektorovým analyzátorem obvodů (VNA), pomocí kterého jsou měřeny S ? parametry fantomu bez CMP a s CMP (změna dielektrických parametrů). Pomocí rekonstrukčního algoritmu jsou poté změřené změny dielektrických parametrů interpretovány a srovnány s dielektrickými parametry změřenými komerčně dostupným systémem. Výsledky zjednodušeného experimentu ukázaly, že pomocí metody mikrovlnného zobrazování by bylo možné rozlišit zdravou mozkovou tkáň od postižené CMP a také určit typ této CMP. Ovšem za předpokladu existence rozdílu v dielektrických parametrech mezi zdravou mozkovou tkání a tkání postiženou CMP. Prostor pro zlepšení systému je například v použití jiných anténních prvků, které by omezili vyzařování mikrovln mimo zobrazovanou oblast a tím odstranili použití absorbérů nebo ve zvýšení počtu anténních prvků systému a tím pádem zisku více dat ze skenované oblasti.

This master thesis is focused on interaction of microwave radiation and human tissue, ie. Microwave Imaging (MWI). This method is developing mainly in area of breast cancer detection and early diagnosis of brain stroke. It is based on a complex way of propagation of electromagnetic waves through the tissues, which have different dielectric properties and shape. The aim of this study is to design and fabricate a simplified system for brain stroke follow up and verify the hypothesis that the brain stroke can be distinguish from healthy brain tissue, based on differences in their dielectric properties. The system consists of a form printed on the 3D printer, eight bow tie antennas and liquid human head phantom. A cylindrical form can be filled with a liquid phantom mimicing dielectric properties of stroke and can be inserted into the form to represent a stroke region inside the head phantom. Antennas are connected through a switching matrix with vector network analyzer (VNA), which measures S ? parameters of phantom without stroke and with stroke (change in dielectric properties). Using reconstruction algorithm measured changes in dielectric properties are interpreted and compared with dielectric properties measured by a commercially available system. Results of this experiment show that Microwave Imaging would be use for differentiating between healthy and stroke brain tissue and for identifying the type of stroke as well. However difference in dielectric properties of healthy and stroke tissue must exist. Space for system improvement is for example in area of antenna design. For the eliminating of antenna radiation outside the scanning region, new types of antennas could be fabricate or the number of antenna elements in system could be increase to get more relevant data from scanning region.