Medikal implant haberleşme sistemleri için MICS/ISM bandı mikroşerit implant antenlerin sayısal analizi, prototip gerçeklemesi ve in-vitro ölçümü

Yıl 2022, Cilt: 37 Sayı: 4, 2177 - 2192, 28.02.2022

Mustafa Hikmet Bilgehan Uçar Erdem Uras

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.848585

Öz

Bu çalışmada, medikal implant haberleşme sistemleri hakkında genel bir değerlendirmede bulunarak, ISM ve MICS-bandı (2,4-2,48 GHz, Industrial, Scientific and Medical band) medikal uygulamaları için mikroşerit implat anten yapılarının, modellenmesi, sayısal analizi ve başarımları ele alınmaktadır. Ayrıca tıbbi uygulamalar için tahsis edilen çalışma bantları ve implant sistemler için uluslararası kuruluşlarca belirlenen özgül soğurma oranı (SAR) gibi spesifikasyonlara yer verilerek, bir implant antende olması gereken özellikler ortaya konulmaktadır. Mikroşerit implant antenlerin laboratuvar ortamındaki ölçümlerinin yapılmasında kullanılan gerçek doku ve suni jel yöntemleri karşılaştırılarak avantaj ve dezavantajları da ayrıca değerlendirilmektedir. Daha sonra önerilen implat antene ait sayısal analiz sonuçlarına yer verilmektedir. Önerilen implant anten yapısına ait modelleme yaklaşımlarına ve ilgili modele ait benzetim sonuçlarına da yer verilmektedir. Benzetim çalışmaları zamanda sonlu integral (Finite integral method) metodunu temel alan CST Microwave Studio programı ile gerçekleştirilmiştir. Ölçümleri gerçekleştirilen implant anten, MICS ve ISM bantlarda sahip olduğu sırasıyla %40 (337-502 MHz) ve %17’lik (1,894-2,598 GHz) bant genişlikleri, minyatür boyutları (0.013λo×0.013λo, λo→@402MHz) ve düşük SAR değerleri ile ISM ve MICS- implant haberleşme uygulamaları için oldukça elverişlidir.

Anahtar Kelimeler

Medikal implant haberleşme, Mikroşerit antenler, İmplant Antenker, İn-vitro ölçüm

Destekleyen Kurum

Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu

Proje Numarası

115E597

Teşekkür

Kocaeli Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Proje Birimi, Proje No: 2015􀀀87HD

Kaynakça

• Hall P.S., Hao Y., Antennas and Propagation for Body-Centric Wireless Communications, 2nd ed., Artech House, Boston, 2012.
• Singh K., Biotelemetry: Could Technological Developments Assist Healthcare in Rural India, Rural and Remote Health Journal, 234(5), 1- 6, 2005.
• Uras E., Ucar M.H.B., Sondas A., A Miniature Implantable Microstrip Antenna Design for Dual-Band Biotelemetry Operations, Computational Electromagnetics International Workshop (CEM), İzmir, Türkiye, 1-4 June, 2015.
• Medical Implant Communication Service (MICS) Federal Register. Rules and Regulations, 64.240: 69926-69934, 1999.
• European Radiocommunications Commission (ERC) Recommendation Relating to the Use of Short Range Devices. Conf. Eur. Postal. Telecomm. Admin., CEPT/ERC 70-03, Annex 12, 1997.
• European Telecomunication Standarts Institute, RTSI EN 300 328.
• Topsakal E., Antennas for Medical Applications: Ongoing Research and Future Challenges, International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), Torino, Italy, 2009.
• Izdebski P.M., Rajagopalan H., Rahmat-Samii Y., Conformal Ingestible Capsule Antenna: A Novel Chandelier Meandered Design, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 57(4), 900- 909, 2009.
• Yang L., Vyas R., Rida A., Pan J., Tentzeris M.M., Wearable RFID-enabled sensor nodes for biomedical applications, 2008 58th Electronic Components and Technology Conference, Lake Buena Vista, FL, ABD, 2008.
• Lee J.-H., Human Implantable Arrhythmia Monitoring Sensor with Wireless Power and Data Transmission Technique, Austin J Biosens & Bioelectron, 1(2), 1008-1014, 2015.
• Kwak S.I., Chang K., Yoon Y.J., Small Spiral Antenna For Wideband Capsule Endoscope System, Electronics Letters, 42(23), 1328-1329, 2006.
• Karacolak T., Hood A.Z., Topsakal E., Design Of A Dualband Implantable Antenna And Development Of Skin Mimicking Gels For Continuous Glucose Monitoring, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 56(4), 1001–1008, 2008.
• Basir A., Bouazizi A., Zada, M., Iqbal A., Ullah S., Naeem U.A., dual-band implantable antenna with wide‐band characteristics at MICS and ISM bands. Microw Opt Technol Lett, 60, 2944– 2949, 2018.
• Usluer M., Cetindere B., Basaran SC., Compact implantable antenna design for MICS and ISM band biotelemetry applications. Microw Opt Technol Lett., 62, 1581–1587, 2020.
• Sondas A., Ucar M.H.B., An Implantable Microstrip Antenna Design For MICS-Band Biomedical Applications, Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences, 24(4), 2267-2273, 2016.
• Duan Z., Guo Y., Je M., Xue R., Je M., Kwong D., Differentially Fed Dual-Band Implantable Antenna for Biomedical Applications, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 60(12), 5587-5595, 2012.
• Yeap K., Voon C., Hiraguri T., Nisar H.A., compact dual‐band implantable antenna for medical telemetry. Microw Opt Technol Lett, 61, 2105– 2109, 2019.
• Wu Q.‐H., Xuan X.‐W., Wang W., Li K., Zhao H.‐B., A miniaturized implantable planar inverted‐F antenna for biotelemetry applications at 2.45 GHz industrial, scientific, and medical band. Microw Opt Technol Lett., 62: 391– 396, 2020.
• Kumar S.A., Shanmuganantham T., Sasikala G., Design And Development of Implantable CPW Fed Monopole U Slot Antenna at 2.45 GHz ISM Band for Biomedical Applications, Microwave and Optical Technology Letters, 57(7), 1604-1608, 2015.
• Computer Simulation Technology AG. CST Studio Suite version 2018. [Online]. Available: https://www.3ds.com/products-services/simulia/products/cst-studio-suite/, 2018.