Mikrodalga ablasyon sistem uygulamaları için mikroişlemci tabanlı sıcaklık sensörü ile RF Prop tasarımı

ÖZETBu tez, Endüstriyel, Bilimsel ve Medikal (ISM) bandının 2.45 GHz frekansında çalışması üzere tasarlanan RF prop yapılarının lokal olarak tümör dokusunun yok edilmesi için yapılan deneysel ve simülasyon çalışmalarını konu almaktadır. Tanıtılan RF propları, mikrodalga ablasyon performansı ile ilişkili olan ışıma performansını iyileştirmek için alternatif modellerle tasarlanmış ve gerçeklenmiştir. Bu projede tanıtılan RF propları temel anlamda mikrodalga ablasyon sisteminin aplikatör bölümü olarak tasarlandığından kas dokusu ve meme kanserinin fantom sıvıları üzerine mikrodalga enerjisi uygulanarak RF performans parametreleri incelenmiştir. Projede tanıtılan RF prop yapıları ile yapılan deneysel ve simülasyon çalışmaları sonucunda MDA prop ve reflektörlü prop olarak adlandırılan RF proplarından tasarımı gerçeklemeye uygun bulunmuştur. Gerçeklenen MDA prop ve reflektörlü prop yapılarının RF performanslarını fantom sıvılarında test etmenin yanı sıra ürettikleri yüksek mikrodalga gücünün in vitro çalışma olarak kanser dokusunun hücre proliferasyonundaki etkisini belirlemek için MCF7 meme kanseri üzerinde mikrodalga ablasyon uygulaması da gerçekleştirilmiştir. Ayrıca ex vivo çalışma olarak, taze kesilmiş tavuk karaciğeri ve kuzu karaciğeri numuneleri, gerçeklenen RF proplarının ürettiği yüksek mikrodalga enerjisine maruz bırakılarak karaciğer dokusunda meydana gelen ablasyon boyutları üzerindeki etkisi incelenmiştir. In vitro ve ex vivo çalışmalardan kaynaklanan ablasyon bölgesinin dielektrik malzeme özelliğinin MDA probun giriş empedansında meydana getirdiği değişim, elektronik olarak kontrol edilen bir empedans uyumlandırma devresi yardımı kompanze edilerek RF probunun mikrodalga ablasyon uygulaması sırasında 2.45 GHz ISM bandında çalışması sağlanmıştır. Tasarlanan RF proplar, ablasyon performansını etkileyebilecek ışıma performansını geliştirmek amacıyla CST Mikrodalga Stüdyo programında sayısal olarak hesaplanmıştır. Yapılan simülasyonlar ve deneysel sonuçlar tasarlanan RF propların kanserle mücadele için etkili bir metot olarak kullanılabileceğini göstermektedir.ABSTRACTThis thesis purposes a numerical and experimental study of RF probe structures operating in Industrial Scientific Medical (ISM) band at 2.45 GHz for the annihilation of tumorous tissue locally. Proposed RF probes are designed and implemented with alternative models to improve the radiation performance associated with microwave ablation performance. Since the RF probes proposed in this project is designed as the applicator part of the microwave ablation system, the RF performance parameters are examined by applying microwave energy on phantom models of muscle tissue and breast cancer. As a result of the experimental and simulation studies performed with the RF probe structures proposed in the project, the RF probes called MDA probe and reflector probe are worth to be fabricated. In addition, to testing the RF performances of MDA probe and reflector probe structures in phantom models, microwave ablation on MCF7 breast cancer is also performed to determine the effect of the high microwave power generated by fabricated RF probes on cell proliferation of cancer tissue as in vitro study. Moreover, a chicken liver and a lamb liver are exposed to the high microwave power generated by fabricated RF probes to examine the effect of microwave power on ablation sizes of liver tissue as an ex vivo study. The change in the input impedance of the fabricated MDA probe proceeds from the dielectric material property of the ablation region resulting from in vitro and ex vivo studies is compensated by the help of an electronically controlled impedance matching circuit, allowing MDA probe to operate in the 2.45 GHz ISM band during microwave ablation. The designed RF probes are calculated numerically in the CST Microwave Studio program in order to improve the radiation performance that could affect the ablation performance. Simulations and experimental results show that the designed RF probes can be used as an effective method for cancer fighting.