Aplikátor pro lokální mikrovlnou hypertermii realizovaný na bázi planárních metamateriálových struktur.

Abstract

Cílem mé diplomové práce je návrhkapacitně zemněného mikrovlnnéhoCRLH aplikátorupracujícíhovmódu nulté rezonance, který bybylpoužitelný vklinické praxi. Tato práce řeší použitelnost struktury obsahující jako zemnicí prvek deskový kondenzátor pro účely mikrovlnné hypertermie. Zaměřil jsem se na přizpůsobení MW aplikátoru pro frekvenci 434MHz. Nedostatečné impedanční přizpůsobení jsem vyřešil předsazením ?/4 transformátoru. Vytvořil jsem tři varianty aplikátoru, u kterých jsem optimalizoval rozměry základní buňky. Výsledky jsem hodnotil na základě velikosti koeficientu odrazu S11, rozložení EM pole reprezentované veličinou SAR, velikosti a směruvektorů proudu na vertikálních páscích aplikátoru a teplotyuvnitř fantomusvalové tkáně. Data jsem zpracovával ve výpočetním simulačním prostředí COMSOL Multiphysics metodou konečných prvků a porovnal je svýsledkyrealizovaných prototypů. Hodnota koeficientu odrazu byla u všech třech variant nižší než -28 dB. Všechny tři varianty homogenně distribuovaly SAR a efektivně ohřívaly tkáň vhloubce 2-3cm na teplotu 41-45 °C. Experimentální ověření činiteleodrazu S11je ověřeno vektorovýmanalyzátorem FSH8, distribuce SAR je ověřena termokamerouFLIR E60. Přínosem této diplomovépráce jeověřenímožnosti vybuzení módu nulté rezonance a navícpotvrzení využitelnostitohoto aplikátorupro účely mikrovlnné hypertermie.

The aimof my thesisis the designof capacitygroundedCRLHmicrowaveapplicatoroperatingin the mode ofzeroresonance, which would beusefulinclinical practice. This thesissolvesusabilityof a structure containinga groundingplate capacitorforthe microwave hyperthermia. I focused on theadaptation ofthis MW applicatorfor the frequency434MHz. For aninsufficient impedance mathching the ?/4 transformerwas used. I have createdthree variants ofthe applicator, for whichI haveoptimized thediametersof the basiccell. Theresults wereevaluatedaccording tothe size of thereflection coefficientS11, distribution ofEMfield represented byvariableSAR, size anddirection ofthecurrent vectorson verticalstripsoftheapplicator andthe temperature inside a muscle tissuephantom. I processed thedatainacomputersimulation environmentCOMSOLMultiphysicsby finite element method. Suddenly I comparedthem with the resultsfrom realizedprototypes. The value ofthereflection coefficientwas inall three variantslower than-28 dB. All three variantsdistributed almouth homogeneouslySARandeffectivelyheated atissueata depth of2-3 cmona temperature 41-45°C. Experimental verificationof the reflection coefficientS11wasvalidatedby vectoranalyzerFSH8, SAR distributionwasverifiedby thermal imagerFLIRE60. The benefit ofthis thesisis to verify thepossibility ofzeroresonanceexcitationmodeusedby thisstructure, furthermorea confirmation ofthe usabilityof this applicatorformicrowave hyperthermia.