Diseño de antenas para aplicaciones de hipertermia en campo cercano a una frecuencia de 2.45GHz
El proyecto se centró en el diseño y validación de antenas para aplicaciones de hipertermia en campo ultracercano, con el objetivo de optimizar el calentamiento del tejido biológico a una frecuencia de 2.45 GHz. Se llevó a cabo una exhaustiva investigación del estado del arte para comprender las tec...
- Autores:
-
Hatem Fayyad, Omar Alejandro
- Tipo de recurso:
- https://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad El Bosque
- Repositorio:
- Repositorio U. El Bosque
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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El proyecto se centró en el diseño y validación de antenas para aplicaciones de hipertermia en campo ultracercano, con el objetivo de optimizar el calentamiento del tejido biológico a una frecuencia de 2.45 GHz. Se llevó a cabo una exhaustiva investigación del estado del arte para comprender las tecnologías existentes y las características de los aplicadores de hipertermia, con un enfoque particular en aquellos diseñados para el tratamiento de melanomas y aplicadores sin contacto. Se emplearon herramientas como MATLAB para el diseño teórico y CST Studio para la simulación y optimización de antenas. Durante el proceso, se empleó un entorno experimental utilizando GNU Radio y una SDR para validar la potencia entregada y el comportamiento de la antena en condiciones reales. Se utilizó un modelo de tejido ya existente con características eléctricas y dieléctricas específicas para imitar la piel y los músculos humanos, y se realizó una simulación térmica para evaluar la distribución del calor generado. Los resultados mostraron que las antenas diseñadas alcanzaron un coeficiente de reflexión satisfactorio, y comparando con la simulación se evidenció una mancha térmica con forma esférica, cumpliendo los requisitos del proyecto. Con base en los resultados simulados y experimentales se pudo realizar ajustes en las dimensiones de las antenas para un mejor desempeño del diseño. |
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[1] National Cancer Institute, “Hyperthermia to treat cancer”, cancer.gov. Accessed: Aug. 22, 2023. [Online]. Available: https://www.cancer.gov/about-cancer/treatment/types/hyperthermia [2] Z. Behrouzkia, Z. Joveini, B. Keshavarzi, N. Eyvazzadeh, and R. Z. Aghdam, “Hyperthermia: How Can It Be Used?”, Oman Med J, vol. 31, no. 2, pp. 89–97, Mar. 2016, doi: 10.5001/omj.2016.19. [3] A. J. Witkamp, E. de Bree, R. Van Goethem, and F. A. N. Zoetmulder, “Rationale and techniques of intra-operative hyperthermic intraperitoneal chemotherapy”, Cancer Treat Rev, vol. 27, no. 6, pp. 365–374, 2001. [4] J. Liu, Y. Zhou, T. Yu, L. Gui, Z. Deng, and Y. Lv, “Minimally invasive probe system capable of performing both cryosurgery and hyperthermia treatment on target tumor in deep tissues”, Minimally Invasive Therapy & Allied Technologies, vol. 13, no. 1, pp. 47–57, 2004. [5] J. Delannoy, D. LeBihan, D. I. Hoult, and R. L. 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Durante el proceso, se empleó un entorno experimental utilizando GNU Radio y una SDR para validar la potencia entregada y el comportamiento de la antena en condiciones reales. Se utilizó un modelo de tejido ya existente con características eléctricas y dieléctricas específicas para imitar la piel y los músculos humanos, y se realizó una simulación térmica para evaluar la distribución del calor generado. Los resultados mostraron que las antenas diseñadas alcanzaron un coeficiente de reflexión satisfactorio, y comparando con la simulación se evidenció una mancha térmica con forma esférica, cumpliendo los requisitos del proyecto. Con base en los resultados simulados y experimentales se pudo realizar ajustes en las dimensiones de las antenas para un mejor desempeño del diseño.Ingeniero ElectrónicoPregradoThe project focused on the design and validation of antennas for hyperthermia applications in the near-field, with the aim of optimizing tissue heating at a frequency of 2.45 GHz. A thorough literature review was conducted to understand existing technologies and the characteristics of hyperthermia applicators, with particular attention to those designed for melanoma treatment and contactless applicators. Tools such as MATLAB were used for theoretical design, and CST Studio for antenna simulation and optimization. During the process, an experimental setup was used with GNU Radio and an SDR to validate the delivered power and antenna behavior under real conditions. A pre-existing tissue model with specific electrical and dielectric properties was used to mimic human skin and muscles, and a thermal simulation was conducted to evaluate the distribution of the generated heat. The results showed that the designed antennas achieved a satisfactory reflection coefficient, and compared to the simulation, a spherical thermal spot was observed, meeting the project requirements. Based on the simulated and experimental results, adjustments were made to the antenna dimensions for improved design performance.application/pdfAtribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacionalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/Acceso abiertohttp:/purl.org/coar/access_right/c_abf2/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2HipertermiaExperimento térmicoSimulación térmicaDistribución de calentamientoTejido biológicoCampos electromagnéticos621.381HyperthermiaThermal experimentThermal simulationHeat distributionBiological tissueElectromagnetic fieldsDiseño de antenas para aplicaciones de hipertermia en campo cercano a una frecuencia de 2.45GHzAntenna design for near-field hyperthermia applications at a frequency of 2.45GHzIngeniería ElectrónicaUniversidad El BosqueFacultad de IngenieríaTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregradohttps://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttps://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aa[1] National Cancer Institute, “Hyperthermia to treat cancer”, cancer.gov. Accessed: Aug. 22, 2023. [Online]. Available: https://www.cancer.gov/about-cancer/treatment/types/hyperthermia[2] Z. Behrouzkia, Z. Joveini, B. Keshavarzi, N. Eyvazzadeh, and R. Z. Aghdam, “Hyperthermia: How Can It Be Used?”, Oman Med J, vol. 31, no. 2, pp. 89–97, Mar. 2016, doi: 10.5001/omj.2016.19.[3] A. J. Witkamp, E. de Bree, R. Van Goethem, and F. A. N. Zoetmulder, “Rationale and techniques of intra-operative hyperthermic intraperitoneal chemotherapy”, Cancer Treat Rev, vol. 27, no. 6, pp. 365–374, 2001.[4] J. Liu, Y. Zhou, T. Yu, L. Gui, Z. Deng, and Y. Lv, “Minimally invasive probe system capable of performing both cryosurgery and hyperthermia treatment on target tumor in deep tissues”, Minimally Invasive Therapy & Allied Technologies, vol. 13, no. 1, pp. 47–57, 2004.[5] J. Delannoy, D. LeBihan, D. I. Hoult, and R. L. Levin, “Hyperthermia system combined with a magnetic resonance imaging unit”, Med Phys, vol. 17, no. 5, pp. 855–860, 1990.[6] S. Curto et al., “An integrated platform for small-animal hyperthermia investigations under ultra-high-field MRI guidance”, International Journal of Hyperthermia, vol. 34, no. 4, pp. 341–351, 2018.[7] G. Yildiz et al., “Comparison of Microwave Hyperthermia Applicator Designs with Fora Dipole and Connected Array”, Sensors, vol. 23, no. 14, p. 6592, Jul. 2023, doi: 10.3390/s23146592.[8] P. Nepa and A. Buffi, “Near-Field-Focused Microwave Antennas: Near-field shaping and implementation”, IEEE Antennas Propag Mag, vol. 59, no. 3, pp. 42–53, Jun. 2017, doi: 10.1109/MAP.2017.2686118.[9] M. D. Geyikoglu and B. Cavusoglu, “Non-invasive microwave hyperthermia for bone cancer treatment using realistic bone models and flexible antenna arrays”, Electromagn Biol Med, vol. 40, no. 3, pp. 353–360, Jul. 2021, doi: 10.1080/15368378.2021.1965069.[10] A. Elboushi and A. Sebak, “Analytical Study of Using Non-Invasive Antenna Probe in Hyperthermia Applications”.[11] J. Rajput, A. Nandgaonkar, S. 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