Utveckling av antenn för elektromagnetisk ultraljudstomografi

Abstract

Detta arbete syftar till att utveckla ett proof-of-concept för den elektromagnetiska delen av ett kombinerat elektromagnetiskt och ultraljudsbaserat (EM/US) tomo­grafisystem för smådjursavbildning. I preklinisk forskning används smådjur, såsom möss, för att studera tumörutveckling och utvärdera nya behandlingsmetoder. Icke­invasiva avbildningsmetoder kan avsevärt minska antalet djur som behövs i dessa undersökningar. Arbetet omfattar utveckling och utvärdering av två antenntyper, en smalbandig patchantenn och en bredbandig Vivaldiantenn, med målet att kunna integrera den antenn som ger bäst resultat i ett antennsystem. För att testa an­tennernas prestanda analyserades deras spridnings- och transmissionskoefficienter samt deras penetrationsdjup i vävnad. Simuleringarna genomfördes i CST Micro­wave Studio med olika fantomtyper avsedda att efterlikna smådjursvavnad. För patchantennen utfördes även VNA-matningar för att experimentellt verifiera simu­leringarna. Simuleringarna visade att patchantennen uppnådde en god matchning vid 1,45 GHz, medan Vivaldiantennen gav bredare bandbredd och djupare signalpe­netration i fantomer. Båda antennerna uppvisade dessutom reflektionskoefficienter under -10 dB vid önskad frekvens och genererade transmissionsnivåer som möjliggör vidare analys i ett tomografisystem. VNA-mätningarna för patchantennen visade tydliga likheter med simuleringarna. De verkliga och simulerade patchantennerna resonerade vid ungefär samma frekvens och hade dessutom en liknande bandbredd. Baserat på resultaten bedömdes patchantennen vara mest lämplig för integration i EM/US-systemet.