Ανάπτυξη Εμφυτεύσιμων Κεραιών Για Εφαρμογές Ασύρματης Ιατρικής Τηλεμετρίας

Abstract

Στόχος της Διατριβής είναι η αντιμετώπιση των σημαντικότερων προκλήσεων υπολογιστικής και πειραματικής μελέτης εμφυτεύσιμων κεραιών για ασύρματη ιατρική τηλεμετρία. Αρχικά, μελετάται η δυναμική διαφόρων τεχνικών σμίκρυνσης, και προτείνονται πέντε μικροσκοπικές κεραίες ζώνης MICS (Medical Implant Communications Service) (402-405 MHz). Έμφαση δίνεται στην υποβάθμιση των επιδόσεων των κεραιών με τη μείωση του φυσικού όγκου. Δοθέντων των αποτελεσμάτων, προτείνεται μία εμφυτεύσιμη κεραία μεγάλου εύρους ζώνης, και μία εμφυτεύσιμη κεραία διπλής ζώνης συχνοτήτων, οι οποίες καταλαμβάνουν σχετικά αυξημένο φυσικό όγκο προς όφελος των λοιπών επιδόσεων. Στη συνέχεια, αναπτύσσονται και επαληθεύονται τέσσερις πρωτότυπες μεθοδολογίες σχεδίασης εμφυτεύσιμων κεραιών για λειτουργία εντός συγκεκριμένων σεναρίων εμφύτευσης. Στόχο αποτελεί η επιτάχυνση της διαδικασίας σχεδίασης και η βελτιστοποίηση των επιτευχθεισών επιδόσεων συντονισμού. Ακολουθεί παραμετρική μελέτη των επιδόσεων εμφυτεύσιμων κεραιών, ως συνάρτηση: (α) της υπό μελέτη ιατρικής εφαρμογής, (β) των ιδιαιτεροτήτων του εκάστοτε υποκειμένου, και (γ) της συχνότητας λειτουργίας. Έπειτα, μελετώνται θέματα πειραματικής κατασκευής και μέτρησης εμφυτεύσιμων κεραιών. Προτείνονται πρωτότυπες "συνταγές" υγρών και ημι-στερεών εξομοίωσης των ιστών δέρματος και μυός στη ζώνη MICS, και αναπτύσσεται μία πρωτότυπη μεθοδολογία σχεδίασης-και-μέτρησης εμφυτεύσιμων κεραιών, η οποία αποσκοπεί στην ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων μεταξύ των αριθμητικών και πειραματικών αποτελεσμάτων. Η μεθοδολογία επαληθεύεται στο πλαίσιο κατασκευής και μέτρησης δύο πρωτότυπων εμφυτεύσιμων κεραιών ζώνης MICS. Η δυναμική των κατασκευασθεισών κεραιών επιδεικνύεται, επιπλέον, μέσω εμφύτευσης και μέτρησης αυτών εντός πειραματόζωων, κατόπιν ανάπτυξης κατάλληλου πειραματικού πρωτοκόλλου. Η Διατριβή ολοκληρώνεται με μελέτες της ασύρματης ζεύξης τηλεμετρίας μεταξύ εμφυτεύσιμων και εξωτερικών κεραιών. Πραγματοποιείται μοντελοποίηση της ζεύξης μακρινού πεδίου, και αξιολογούνται οι επιδόσεις αυτής για διάφορες συχνότητες λειτουργίας και σενάρια διάδοσης. Στη συνέχεια, σχεδιάζονται, κατασκευάζονται, και μετρώνται δύο εξωτερικές κεραίες: μία μονοπολική κεραία, και μία πρωτότυπη φορετή κεραία μικροταινίας διπλής ζώνης. Ακολουθεί υπολογιστική και πειραματική μελέτη του συντελεστή μετάδοσης και του μέγιστου δυνατού εύρους επικοινωνίας μεταξύ εμφυτεύσιμων και εξωτερικών κεραιών κατά την απομονωμένη λειτουργία τους αλλά και κατά τη λειτουργία τους επί προγραμματιζόμενων εμπορικών πομποδεκτών.