Submitted to the Graduate School of Natural and Applied Sciences in partial fulfillment of the requirements for the degree of

Bu doktora tezi, çeşitli kanser tedavilerinde güç aktarım verimliliğini ve etkisini
artırmak için foster olmayan devreleri (NFC) ve bir mikrodalga güç amplifikatörünü
(PA) içeren bir mikrodalga ablasyon (MWA) sisteminin tasarımına odaklanmaktadır.
Çalışma, MWA uygulayıcılarını, PA ve foster olmayan yapıları ilk bölümlerde
bağımsız olarak kapsamlı bir şekilde incelemekte, ardından bu fenomenler arasındaki
ilişkiyi önermekte, analitik olarak göstermekte ve deneysel olarak doğrulamaktadır.
Bu bağlantı, minimal invaziv yaklaşımlar yoluyla kanser tedavisi için umut verici bir
perspektif sunmakta ve öngörülebilir tasarımlarla sonuçlanmaktadır. Özellikle,
amplifikatörün empedansını ayarlamak, kayıpları telafi etmek ve yeni uygulamalarda
kararlı çalışmayı sağlamak ve böylece verimli tedavi protokollerini kolaylaştırmak için
aktif bir empedans eşleştirme devresi tasarlanmıştır.
Bu araştırma öncelikle Endüstriyel, Bilimsel ve Tıbbi (ISM) bandında 2.45 GHz
frekansında çalışan verimli bir mikrodalga aplikatörün geliştirilmesine
odaklanmaktadır. Amaç doku tarifi, in vitro, ex vivo ve in vivo çalışma üzerinden
tümörlerin yüzeyinde 60 °C'yi aşan bir sıcaklık artışı elde etmektir. Çoklu
aplikatörlerin kullanımına ilişkin araştırma, bunun daha büyük bir ablasyon bölgesi ve
daha yüksek homojenliğe yol açtığını ve daha büyük tümör lezyonlarının tedavisi için
daha uygun olduğunu göstermiştir. Ayrıca, PA ve NFC bağlantısı MWA sisteminin
gereksinimlerini çıkış gücü, kazanç ve güç katma verimliliği için sırasıyla % 319, %
33 ve % 225 oranında iyileştirmiştir. Çalışma, darbeli elektromanyetik alan (PEMF)
ile desteklenen MWA, meme kanseri hücrelerinde artan apoptoz oranları ile hücre
çoğalmasında yaklaşık % 40'lık önemli bir azalmaya neden olduğunu göstermektedir.
Deneyin sonuçları, önerilen MWA sisteminin etkinliğini doğrulayan sağlam kanıtlar
sunmakta ve tümör tedavisi için özel bir cihaz olma potansiyelini göstermektedir.


This doctoral thesis focuses on the design of a microwave ablation (MWA) system that
incorporates Non-Foster Circuits (NFC) and a microwave power amplifier (PA) to
enhance power transfer efficiency and profit in various cancer treatments. The study
extensively examines the MWA applicators, PA and NFC structures independently in
the initial sections, followed by proposing, analytically demonstrating, and
experimentally verifying association between these phenomena. This interconnection
presents a promising perspective for cancer therapy through minimally invasive
approaches and resulting in predictable designs. Notably, an active impedance
matching circuit is devised to adjust the amplifier's impedance, compensating for
losses and enabling stable operation in novel applications, thereby facilitating efficient
treatment protocols.
The present investigation primarily concentrates on the development of a novel
microwave applicator operating at 2.45 GHz within the Industrial, Scientific, and
Medical (ISM) band. The aim is to attain a temperature rise exceeding 60 °C on the
tumor surfaces throught tissue recipe, in vitro, ex vivo and in vivo study. The
investigation into the utilization of multiple applicators reveals that it leads to a larger
ablation zone and higher homogeneity, making it more suitable for treating larger
tumor lesions. Furthermore, PA and NFC connection improve the MWA system
requirements about 319 %, 33 % and 225 % for output power, gain and power added
efficiency, respectively. The study proves that MWA supplemented with pulsed
electromagnetic field (PEMF), induces a significant reduction in cell proliferation of
nearly 40 % with heightened apoptosis rates in breast cancer cells. The outcomes of
the experiment provide robust evidence affirming the benefit of the suggested MWA
system indicating its potential to become a dedicated device for tumor treatment.