Antenna design for microwave ablation - Kılıçaslan, Şeyma (My University, 2021)
Mikrodalga ablasyon sağlıklı dokulara zarar vermeden tümörlü dokuda tahribat meydana getiren bir tedavi yöntemidir. Mikrodalga enerji dokuda anlık olarak sıcaklığı yükselterek pıhtılaşmaya yol açar. Ablasyon terapisi için mikro koaksiyel yapıda slot anten kullanılır. Bu çalışmanın temel amacı ablasyon terapisi için kullanılabilecek en efektif anten geometrisini belirlemektir. Üç farklı geometrik yapıda anten(tek slotlu, çift slotlu ve kollu yapıda) 10 daki-ka boyunca 10w, 20w ve 30w güce maruz bırakılarak, sonuçta elde edilen değerler karşılaştı-rılımıştır. Isıtma süresi arttıkça sıcaklık dağılımının da arttığı gözlemlenmiştir.Aynı prosedür kemik ve akciğer dokularına da uygulanıp sıcaklık dağılımı gözlemlenmiştir. Antenlerin tasarımları ve simulasyonları için COMSOL MULTIPHYSICS (ver 4.3, COMSOL Group) kullanılmıştır. Ayrıca ablasyon alanının uzunluğu, yarıçapı, sıcaklık değeri, SAR değeri ve güç dağılımı da COMSOL kullanılarak elde edilen verilerdir.Tasarlanan antenin sonuçları doğrulanmak için deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Sis-temin güvenilirliğini arttırmak için, COMSOL programından datalar csv formatında çekilerek daha önce Yang tarafından yapılan tasarımın deneysel sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Burada antenlerin birbirine denk olması önemlidir.Simulasyonlara göre sleeve(kollu) yapıda olan anten optimum sonuçları vermiştir. Geriye doğru ısıtmayı azaltması, daha küresel bir ablasyon alanı oluşturması, düşük yansıma katsayı-sına sahip olması, yüksek sıcaklık ve etki alanının geniş olması kollu yapıda olan anten için tercih nedeni olabilecek özelliklerdir.Diğer değerlendirmeler farklı dokularda farklı zaman aralıklarında yapılmıştır. Kemik ve akciğer dokularına ısı uygulandığında, ısı iletiminin azaldığı ve sıcaklığın sadece slot bölge-sinde yoğunlaştığı gözlemlenmiştir. Çünkü kemik ve akciğer dokularının iletkenlik değerleri karaciğere göre daha düşüktür ve dolayısıyla bu dokuların su içeriği de düşüktür. Bir dokuda-ki su içeriğinin azalması, uygulanan herhangi bir enerji karşısında polar moleküllerin titreşim-lerinin azalması ve ısı iletiminin azalması anlamına gelir.Bu sonuçlara göre sleeve(kollu) yapıdaki anten mikrodalga ablasyonu için en etkili geometrik yapıya sahiptir fakat anten tasarımı doku tipine özel olmalıdır.

Microwave ablation is a treatment method that effects malignant tissue area directly without damaging surrounding healthy area. Microwave energy lead to rise tissue temperature instantly and coagıulation occurs. Micro coaxial slot antennas ere employed to apply ablation process. The main objective of this work determine the efficiency of antenna geometry on the ablation process. Three different slot coaxial antenna models (single slot, double slot and sleeved) are employed to comparison and exposed to power of 10w, 20w and 30w during 10 minute. Temperature distributions are obtained for increasing the heating time. Same procedure is applied to bone and lung tissue and temperature distribution for both of them is observed. The COMSOL MULTIPHYSICS (ver 4.3, COMSOL Group) software is employed to design and simulate antennas. Eventually ablation length, ablation diameter, temperature, special absorption rate and power dissipation are obtained with finite element method from the electromagnetic simulations using COMSOL. Experimental validations were designed to evaluate the proposed antenna. In order to provide verification of system the simulation datas pulled form comsol as csv format and made an comparison between ecperimental result of an equivalent antenna used by Yang et. al. and the designed antenna. Model verification and simulation results have been evaluated in effective antenna geometry.According to the simulation results the sleeved antenna gave the optimum results. Eliminating backward heating, creating more spherichal ablation area, low reflection coefficient, the highest temperature values and expanded effect area make it preferable.Other result is an assesment for different time interval and different tissues. When heating applied the bone and lung tissue a weakened heating conduction is observed and temperature intensed only slot zone. The reason of this result bone and lung tissues have conductivity value is less than the liver tissue. This means hydration amount of tissue is lower. When the water content decrease in a tissue, oscillation of polar molecules decreases in any microwave energy so that heating conduction decreases. These result provide us ground to claim that sleeved antenna gives the best results to microwave ablation but antenna design should be spcecial for tissue type.
Keywords: COMSOL; Electric engineering; Electronics engineering; Elektrik mühendisliği; Elektronik mühendisliği; Hipertermi; Hyperthermia; Mikrodalga Ablasyon; Slot Coaxial Antenna; Slot Koaksiyel Anten; Termal Terapi Microwave Ablation; Thermal Therapy; Tumor; Tümör