Çene Cerrahisi Operasyonları Sonrası Destekleyici Tedavi İçin 27 Mhz Frekanslı Anten Tasarımları ve Analizler

Abstract

Bu çalışmada, diş hekimliği cerrahi branşlarında insan çene bölgesinde yapılan operasyonlar sonrasında oluşan doku yaralanmalarının iyileştirilme süreçlerinin kısaltılmasına yönelik darbeli radyofrekans tedavisinde kullanılması amacı ile 27 MHz frekansında çalışan mikroşerit ve helisel anten tasarlanmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında Federal İletişim Kurumu (Federal Communications Commission, FCC) tarafından medikal uygulamalar için tahsis edilen 13.56 MHz, 27.12 MHz ve 40.68 MHz frekanslarında çalışan üç farklı mikroşerit anten tasarlanmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, çene cerrahisi için kullanılacak antenin çalışma frekansı seçimi yapılmıştır. Antenin çalışma frekansı olarak, literatürde doku yaralarının tedavi edilmesinde en yaygın kullanılan ve olumlu sonuçlar elde edilen 27 MHz frekansı seçilmiştir. Anten tasarımları ve değerlendirmelerinde CST programı kullanılmıştır. Çalışmanın üçüncü aşamasında, antenin insan çene bölgesinde oluşan doku yaralanmalarının tedavisi için kullanılması hedeflendiğinden lokal bir bölgeye ışıma yapabilmesi sağlanmıştır. Bu nedenle tasarımı yapılan 27 MHz frekansında çalışan mikroşerit antene konik ve horn yapıda iki farklı yansıtıcı eklenerek bir anten düzeneği tasarlanmıştır. Böylece ışıma yapılan çene dokusu haricinde beyin, göz gibi organların elektromanyetik alandan etkilenmemelerinin önüne geçilmiştir. Yansıtıcıların, mikroşerit antenin ışıma yapan yama kısmının tamamını kaplaması gerektiğinden, mikroşerit anten yama yapısı değiştirilerek dikdörtgen yapı yerine yuvarlak yapıda bir mikroşerit anten tasarlanmıştır. Çalışmanın dördüncü aşamasında, insan kafa modeli üzerinden tasarımı yapılan anten düzeneği CST programında incelenmiştir. Benzetim sonuçları üzerinden, yansıma katsayısı (S11) değerleri, elektrik ve manyetik alan ışıma değerleri ve özgül soğurma oranı (Specific Absorption Rate, SAR) değerleri ile elektrik ve manyetik alan ışıma grafikleri hesaplanmıştır. CST'de tasarlanan anten fiziki olarak da üretilmiştir ve yansıma katsayısı ölçümleri yapılmıştır. Çalışmanın beşinci aşamasında tasarlanan ve vektör ağ analizörü (Vector Network Analyzer, VNA) ile ölçümü yapılan mikroşerit antenin, kazanç değerlerinin düşük olması ve yapılan ölçümlerde uygun yansıma katsayısı değerlerinin alınamaması nedeni ile MATLAB programı kullanılarak 27 MHz frekansında çalışan helisel bir anten tasarlanmıştır. Tasarımı yapılan helisel antenin MATLAB programı üzerinden yansıma katsayısı, kazanç, elektrik ve manyetik alan değerleri hesaplanmıştır. Sonrasında helisel anten fiziki olarak üretilmiştir ve simulasyon sonuçlarına yakın yansıma katsayısı değerleri VNA ile ölçülmüştür. Anahtar Sözcükler: Darbeli radyofrekans tedavisi, özgül soğurma oranı, CST, mikroşerit anten, helisel antenIn this study, two different antenna designs, microstrip and helical type operating at a frequency of 27 MHz were developed for use in pulsed radiofrequency therapy to shorten the healing processes of tissue injuries after operations on human jaws in dental surgery branches. In the first phase, three different microstrip antennas were developed to operate in the 13.56 MHz, 27.12 MHz, and 40.68 MHz frequency bands allocated by the Federal Communications Commission (FCC) for medical applications. In the second phase, the operating frequency of the antenna will use in maxillofacial surgery is chosen. 27 MHz frequency band which is used most commonly and obtained positive outcomes in literature in the remedy of tissue injuries is chosen as the operating frequency of the antenna. The designs and the evaluations of the antenna are performed using the CST program. In the third phase of the study, it was pointed out that the antenna could irradiate locally since it is intended to be used to treat tissue damage to the human jaw area. An antenna arrangement was designed by adding two different reflectors in conical and horn structures to the designed microstrip antenna operating at a frequency of 27 MHz for this reason. Thus, it is ensured that organs in the human head such as the brain and eyes are not affected by the electromagnetic field except for the irradiated jaw tissue. The microstrip antenna patch structure has been changed to design a round microstrip antenna instead of a rectangular one since the reflectors have to cover the entire radiating patch of the microstrip antenna. In the fourth stage of the study, the results were examined by conducting a simulation study under the CST program with the antenna setup designed on the model of the human body head. Over the simulation results, electrical and magnetic field radiation graphs were calculated with reflection coefficient (S11) values, electrical and magnetic field radiation values, and specific absorption rate (SAR) values. The antenna was physically produced based on the simulation results obtained from the CST program and reflection coefficient measurements were made. In the fifth phase of the study, a helical antenna operating at a 27 MHz frequency was designed using the MATLAB program due to the low gain values of the microstrip antenna and the inability to obtain the appropriate reflection coefficient values in the measurements. The reflection coefficient, gain, and electrical and magnetic field values of the designed helical antenna were calculated through the MATLAB program. Then, the helical antenna was physically produced and the reflection coefficient values close to the simulation results were measured with VNA. Keywords: Pulsed radiofrequency therapy, specific ababsorptionate, CST, microstrip antenna, healical antenna, maxillofacial surgery