بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحي آنتن آرايه اي مايکرواستريپي براي درمان سارکوم اندام به روش Hyperthermia
چکيده – در اين مقاله به بررسي طراحي يک آنتن مايکرواستريپ دايروي که به عنوان المان پايه براي آنتن آرايه اي براي درمان سارکوم اندام به روش هايپرترميا خواهد بود ، مي پردازيم . با استفاده از نرم افزار شبيه ساز الکترومغناطيسي CST ، آنتن مايکرواستريپ را براي کار در فرکانس MHZ4 طراحي خواهيم کرد . با استفاده از پچ حلقوي توان بازگشتي را به dB١٨- مي رسانيم . براي داشتن کمترين اثر روي بافت هاي سالم از آنتن آرايه اي استفاده مي کنيم . از نتايج مشاهده مي شود که مقدار SAR به ضخامت بافت که براي افراد مختلف متفاوت است نيز بستگي دارد .
کليد واژه - آنتن آرايه اي ، آنتن مايکرواستريپ ، سارکوم اندام ، هايپرترميا
١- مقدمه
عموما واژه هايپرترميا به درجه حرارت بالاتر از حد نرمال بدن گفته مي شود که مي تواند به علت بيماري باشد ، اما هايپرترمي مي تواند به يک روش درماني اشاره کند که در آن از گرما به صورت کنترل شده و دقيق جهت درمان سرطان استفاده مي شود . در درمان سارکوم اندام ، استفاده از هايپرترمي همراه با راديو تراپي يا شيمي درماني توانسته احتمال حفظ اندام را بالا
ببرد [١]و[٢] . درجه حرارت بالا نه تنها مي تواند باعث مرگ سلول هاي سرطاني شود ، بلکه باعث حساسيت بيشتر به راديوتراپي و شيمي درماني نيز مي شود . در اين روش دماي بافت مورد نظر بين oc٤٥-٤١ بالا مي رود . از آنجاييکه درجه حرارت بالا مي تواند به سلول هاي نرمال نيز آسيب رساند ، استفاده از ابزارهايي که حرارت را با دقت و کنترل بيشتر بالا مي برند ، اهميت دارد[٣] و[٤] و[٥] . يکي از وسايلي که براي افزايش دماي بافت سرطاني مورد استفاده قرار مي گيرد ، آنتن است .
فرکانس MHZ٤٣٤ ( باند ISM در اروپا که براي صنعت ، علوم و پزشکي اختصاص داده شده است )، فرکانسي مناسب براي گرم کردن تومورهاي سرطاني است [٦]. بدن انسان به طور ذاتي در برابر توليد ميدان هاي الکترومغناطيسي داخلي توسط منابع خارجي مقاومت مي کند. اين مقاومت ناشي از خواص الکتريکي بدن و دو مشخصه اساسي مرتبط با رفتار ميدان الکترومغناطيسي است . خواص الکتريکي بدن در فرکانس MHZ٤٣٤ در جدول (١) نشان داده شده است [٧] . مشخصه اول اين است که نفوذ ميدان هاي الکترومغناطيسي به درون جسم با افزايش فرکانس کاهش مي يابد و دوم اينکه ميدان هاي الکترومغناطيسي عملا نمي توانند در منطقه اي تقريبا کوچکتر از يک طول موج متمرکز شوند .
براي حل مشکل اول ما از فرکانس 434MHZ استفاده کرده ايم تا بتوانيم عمق نفوذ موج الکترومغناطيسي به درون بدن را بيشتر کنيم و براي حل مشکل دوم از آنتن هاي آرايه اي استفاده کرده ايم . آنتن هاي آرايه اي داراي اين خاصيت هستند که مي توانيم با استفاده از آن ها امواجي با بيم هاي بسيار باريک توليد کنيم .
٢- توزيع دما
در روش هايپرترميا ، توسط يک عامل خارجي ، دماي بافت مورد نظر را براي يک دوره زماني مشخص تا مقداري معلوم افزايش مي دهيم . به خاطر اينکه گرماي ايجاد شده اثري روي بافت هاي سالم نداشته باشد ، دامنه ميدان فقط در ناحيه مورد نظر بايد داراي حداکثر دامنه باشد . براي اندازه گيري نسبت انرژي جذب شده به وسيله بافت از پارامتر SAR استفاده مي کنيم . اين پارامتر به صورت توان جذب شده در هر واحد جرم بافت تعريف مي شود که واحد آن وات بر کيلوگرم است و به وسيله فرمول (١) محاسبه مي شود :
که به ترتيب برابر i امين رسانايي ، ميدان الکتريکي مجموع و چگالي بافت است . مقدار pi براي بافت هاي مختلف از مقالات علمي استخراج مي شود . توزيع دماي بافت در طول مدت زمان در معرض امواج قرار گرفتن به وسيله حل معادله انتقال گرماي حياتي بدست مي آيد . معروفترين اين معادلات ، معادله Pennes است که در فرمول (٢) نشان داده
شده است :
که T دماي بافت ، Tb دماي خون ، k رسانايي گرمايي بافت ، cp گرماي ويژه بافت و B به خون رساني اختصاص داده شده است [٨] .
٣ - طراحي آنتن
آنتن هاي مايکرواستريپ به دليل سبک بودن ، کم حجم بودن و راحتي در ساخت در بسياري از کاربردها مورد استفاده قرار مي گيرند . يکي از اين کاربردها در پزشکي و روش هايپرترميا است . در اين مقاله ما براي آنتن خود از پچ دايروي استفاده مي کنيم .
براي طراحي آنتن از زير لايه کم تلف Taconic-RF35 با استفاده کرده ايم .ابعاد زير لايه برابر cm٢٢ *٢٢ وضخامت زير لايه برابر است با mm٢٩٧ . آنتن با استفاده از کابل کواکسيال در نقطه تغذيه مي شود . شعاع پچ از فرمول (٣) برابر cm١٠٦٧ است [٩] .
نتايج شبيه سازي آنتن در فضاي آزاد در شکل (١) نشان داده شده است .
حال براي کوچک کردن ساختار آنتن از پچ حلقوي استفاده مي کنيم . فرکانس رزونانس آنتن مايکرواستريپ با پچ حلقوي از
فرمول (٥) بدست مي آيد:
درفرمول (٥) ، C سرعت نور ، b شعاع داخلي حلقه ، εe ثابت دي الکتريک زير لايه و ريشه هاي معادله (٦) هستند:
در معادله (٦) ، به ترتيب ريشه هاي معادله بسل نوع اول و دوم هستند و که برابراست با شعاع خارجي حلقه .شعاع داخلي حلقه mm8 و شعاع خارجي آن mm106.7 است . آنتن با استفاده از کابل کواکسيال در نقطه تغذيه مي شود.ابعاد زير لايه همانند حالت قبل است . نتايج شبيه سازي در شکل (٢) نشان داده شده است . از نتايج حاصل شده براي دو آنتن مشاهده مي شودکه درحالت پچ حلقوي تلفات بازگشتي نسبت به پچ دايروي
