URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ Meme Kanseri Tespiti için Çift-Çıkıntılı Horn Anten Kullanarak Deneysel ve Simülasyon Sonuçlarının Değerlendirilmesi Emine AVŞAR AYDIN Çukurova Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Balcalı, ADANA [email protected], [email protected] A. Hamit SERBEST Çukurova Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Balcalı, ADANA [email protected] Özet: Dünyada akciğer kanserinden sonra en sık rastlanan kanser türü meme kanseri olduğu ve teşhisinde kullanılan mamografi ve ultrasonografi gibi tekniklerin kötü huylu hücrelerin tespitinde yetersiz kaldığı bilinmektedir. Kanserli hücreleri tespit etmek amacıyla kanser hücrelerinin elektriksel özelliklerinin sağlıklı hücrelere göre belirgin farklılıklar göstermesinden yararlanarak mikrodalga frekanslarında çalışacak yeni yöntemler üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Bu çalışmada, mevcut laboratuar imkânlarından faydalanarak yarı-küresel bir hazne içerisindeki farklı materyallere 1GHz-8GHz arasındaki frekanslarda mikrodalga gönderilerek elde edilen yansımalardan ölçülen S-parametrelerinin sonuçları değerlendirilmiştir. Deneylerde, E5071B Network Analizörü, Çift-Çıkıntılı Horn Anten (Double-Ridged Horn Antenna) ve ayrıca 360 derece dönme özelliğine sahip birer derece aralıklarla dönmeye programlanmış bir Döner Masa (Turn Table) kullanılmıştır. Ayrıca, bu deney düzeneğinin simülasyonu CST MICROWAVE STUDIO yazılımında yapılarak deney sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Böylece, bu sonuçlardan yola çıkarak hazne içerisindeki materyallerin türünün tespit edilmesi ve bugüne kadar yapılan çalışmaların mevcut laboratuar ortamında gerçekleştrilmesi amaçlanmıştır. 1.Giriş Mikrodalga görüntüleme tekniklerinden biri olan ve değişik alanlarda uygulamaları olan yüzey-altı tarama problemleri günümüzde oldukça ilgi çeken bir konu haline gelmiştir. Yüzey-altı görüntüleme; toprak altında, deniz altında, doku altında, hatta çevremizde yapay yapıların altında bulunan cisimlerin tespitinde kullanılan Xışını, elektromanyetik, elektrik ve ultrasonik metotları içine alan bir disiplindir. İyonlaştırmayan elektromanyetik dalgaların insan vücudundaki kanserli hücreleri tespit etmek için kullanılması günümüzde biyomedikal uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır [1]. Hasta görüşlerine göre, mikrodalga ile meme görüntüleme oldukça iyi bir yöntemdir [2]. Çünkü hem iyonlaştırıcı radyasyonun zararlarından korur hem de meme sıkıştırılması gibi rahatsız edici durumları engeller. Sonuç olarak, güvenli ve rahattır. Teknik olarak bakıldığında, mikrodalga ile meme kanseri tespiti çok küçük tümörleri belirlemesi açısından güçlü bir potansiyele sahiptir. Aynı zamanda Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) ve nükleer tıp gibi yöntemlere göre daha az maliyetli olacağı öngörülmektedir. Ayrıca görüntüleme işleminin çok daha hızlı ve duyarlı olacağı açıktır. Çünkü Manyetik Rezonans Görüntülemenin temel metodu, Maxwell denklemlerinin ters çözümlerine dayandığından matematiksel işlemi oldukça uzun ve zahmetlidir [3]. Kesin önleyen bir yöntem olmamasının yanında erken tanı ile meme kanserinin getirdiği sorunlar büyük ölçüde çözülebilmektedir. Dünyada akciğer kanserinden sonra en sık rastlanan kanser türü meme kanseri olmasına rağmen erken tanı meme kanserinde olumlu sonuçlar elde edilmesini sağlamaktadır. Günümüzdeki mevcut görüntüleme yöntemlerindeki zayıflıklar, alternatif tekniklerin geliştirilmesinde motivasyon olmuştur. Ancak alternatif olarak geliştirilen bu tekniklerin de kendi içlerinde çeşitli sorunlara sahip olması, bu konuda yapılan çalışmaların devamlılığını sağlamaktadır [4]. Mikrodalga görüntüleme, en güncel meme kanseri tespit ve görüntüleme tekniklerinden biridir [5,6,7] ve güvenli ve verimli bir meme kanseri tarama metodu olarak büyük bir potansiyele sahiptir. 2.Yöntem Network analizörler osilatör tarayıcısı, 2 portlu test set, kontrol paneli, bilgi ekranı ve RF kablodan oluşmaktadır [8]. Network analizörlerdeki her portta çift yönlü birleştirici ve kompleks oran ölçüm aleti bulunmaktadır. Network analizörlerdeki diğer seçenekler, veriyi idare etmek ve depolaması için voltaj ve akım uygulayıcısı ile bir bilgisayar kontrolünü kapsar. Buna göre kullanıcının isteği doğrultusunda network analizörlerde istenilen frekans değerlerinde ölçüm yapılabilir. Vektör network analizör ile ölçümlere başlanmadan önce, kullanıcı network analizörü kalibre etmek zorundadır. Bu konuda değişik kalibrasyon teknikleri ve bir çok kalibrasyon standartları bulunmaktadır. Tipik bir URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ kalibrasyon referans düzlemindeki test kablolarının sonuna kadar yapılır. Kullanıcı isteğe bağlı olarak sadece iletim ve yansıma kalibrasyonu yaparken, 2 portu teker teker veya ikisini birden kalibre edebilme seçeneğine sahiptir. Genel olarak kullanıcıların 2 portlu s-parametresi ölçümleri yapabilmek için hem iletim hem de yansıma portlarını kalibre etmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, E5071B Agilent Technology Vector Network Analizörü [9] kullanılarak yarı-küresel bir hazne içerisindeki farklı materyallerin s-parametrelerinin ölçümleri yapılmıştır. Bu network analizörünün frekans aralığı 300 kHz ile 8.5 GHz arasındadır. Ayrıca biri verici anten diğeri alıcı anten olarak Şekil 2.1 'de gösterildiği gibi Çift Çıkıntı Horn antenler kullanılmıştır. Deneyde kullanılan GZ0126DRH modelli [10] antenin teknik özellikleri Tablo 2.1’de verilmiştir. Şekil 2.1. Çift-Çıkıntılı Horn Antenler. Tablo 2.1. GZ0126DRH modelli antenin teknik özellikleri [10]. Parametre İsmi GZ0126DRH Anten Modeli Mercekli Çift-Çıkıntılı Horn Anten Frekans Aralığı 1÷ 26 GHz Kazanç @ 2,0 GHz +5,0 dBi Kazanç @ 16 GHz +18,5 dBi Kazanç @ 26 GHz +20,5 dBi VSWR, avg 2,5 H-düzlemi @ -3dB Işın Genişliği 43÷10 ° E-düzlemi @ -3dB Işın Genişliği 21÷ 10 ° Polarizasyon Doğrusal Dikey Boyutlar (DxExB) 90x120x310mm Bağlantı Elamanı Type K, Dişi Ağırlık 1,3 kg Tüm deney senaryoları için s-parametreleri ölçümleri Tablo 2.2’de verilen ölçüm düzeneği bilgisine dayalı olarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada kullanılan ölçüm düzeneğinin fotoğrafı Şekil 2.2’de gösterilmektedir. Vector network Analizörü Anten Döner Masa Kalibrasyon Kalibrasyon Substrat Frekans Aralığı Tablo 2.2. Ölçüm Düzeneğinin Bilgisi. Agilent E5071B Network analyzer GeoZONDAS/Çift-Çıkıntılı Horn Anten, 1-26 GHz Ayarlanabilir, Dönme Adımı: 1/360 2 port SOLT kalibrasyon(Short-Open-LoadThru) CS5 from GGB Endüstriler 1GHz to 8GHz, 701 nokta URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ Şekil 2.2. Ölçüm Düzeneği. Şekil 2.3’de görüldüğü gibi deneylerde, 360 derece dönme özelliğine sahip programlanabilir bir “döner masa” kullanıldı. Döner Masa birer derece aralıklarla dönmeye programlandı. Deneyler 1 GHz ile 8GHz frekans aralığında ve her bir açı için 701 ölçüm alınarak gerçekleştirildi. İlk deneyde, antenler karşılıklı yerleştirilmiştir ve deney adımları aşağıda sırasıyla verilmiştir: 1) Antenler arası boş iken 2) Antenler arasına içi toprak dolu yarım top var iken 3) Antenler arasına içi toprak dolu yarım top ve merkezinde küçük vida parçası var iken 4) Antenler arasına içi toprak dolu yarım top ve merkezden 3cm uzakta küçük vida parçası var iken 5) Antenler arasına içi toprak dolu yarım top ve merkezden 5cm uzakta küçük vida parçası var iken Birinci Deneyin Ölçüm Düzeneği İkinci Deneyin Ölçüm Düzeneği. Şekil 2.3. Birinci ve İkinci Deneyin Ölçüm Düzenekleri. İkinci deneyde ise deney adımları aynı olup birinci deneyden farklı olarak antenler yan yana yerleştirilip ölçüm alındı. Ayrıca birinci deney düzeneğine benzer üçüncü bir deneyde gerçekleştirilmiştir. Üçüncü deneyde, antenler karşılıklı yerleştirilmiştir ve deney adımları aşağıda sırasıyla verilmiştir: 1) Antenler arası boş iken 2) Antenler arasına içi su dolu yarım top var iken 3) Antenler arasına içi su dolu yarım top ve merkezinde daha büyük vida parçası var iken 4) Antenler arasına içi su dolu yarım top ve merkezden 3cm uzakta daha büyük vida parçası var iken 5) Antenler arasına içi su dolu yarım top ve merkezden 5cm uzakta daha büyük vida parçası var iken Aynı deney adımları top içerisinde su yerine talaş varken de tekrarlandı. Kaynak gücünün sonuçlarda bir farklılığa neden olup olmadığını görmek açısından üçüncü deneyde önce kaynak gücü 0 dBm iken daha sonra 5 dBm iken yapılmıştır. Şekil 2.4’de antenler arası boş iken yapılan deney ortamının simülasyon ortamı verilmiştir. Simülasyon ortamında çift-çıkıntılı anten çizilemediğinden aynı kazanca ve yayılıma sahip olan horn antenler çizilmiştir. Şekil 2.5’de ise bu simülasyon ortamında yapılan deneyin sonuçları ile gerçek ortamda yapılan deney sonuçlarının karşılaştırma grafiği verilmiştir. URSI-TÜRKİYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ Şekil 2.4. Antenler arası boş iken yapılan deneyin simülasyon düzeneği. Şekil 2.5. Antenler arası boş iken yapılan deneyin simülasyon sonuçları ile karşılaştırılması. 3. Sonuç Yarım top içerisinde farklı malzemeler ve hatta malzemelerin içerisinde vida parçası var iken deneyin sparametrelerinde farklılıklar görülmüştür. Deneyin doğruluğunu görmek amacıyla aynı deney düzeneği simülasyon ortamında gerçekleştirilmiştir. Deney ve simülasyon sonuçları arasında mükemmel olmamakla beraber uyum görülmektedir. Bu durumun deneyin yapıldığı ortamın ideal olmamasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Ayrıca gerçek ortamda yapılan deney sonuçlarının bir filtre işlemine ihtiyaç duyduğu da hesaba katılmalıdır. Deneyler yansımasız odada tekrarlanıp sonuçlar değerlendirilecektir. Kaynaklar [1]. Karpat, E., Gömülü ve/veya örtülü nesnelerin algılanmasında yeni yaklaşımlar, Doktora Tezi, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009. [2]. Fear, E., Stuchly, M., “Microwaves for breast cancer detection?”, IEEE Potentials, 2003. [3]. Paulsen, K., Meaney, P. ve Gilman, L., Alternative Breast Imaging Four Model-Based Approaches, Springer, A.B.D., 2005. [4]. Hassan, A. M., El-Shenawee, M., Review of Electromagnetic Techniques for Breast Cancer Detection, IEEE Reviews in Biomedical Engineering, 4, 103-118, 2011. [5]. Xu, M., Thulasiraman, P., Noghanian, S., Microwave Tomography for Breast Cancer Detection on Cell Broadband Engine Processors, J. Parallel Distrib. Comput., 72, 1106-1116, 2011. [6]. Santorelli, A., Popovic, M., SAR Distribution in Microwave Breast Screening: Results with TWTLTLA Wideband Antenna, Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing (ISSNIP), Adelaide,11-16, 2011. [7]. Zhang, D., Mase, A., “Ultrashort-Pulse Radar System for Breast Cancer Detection Experiment: Imaging in Frequency Band”, Microwave Conference Proceedings (CJMW), Hangzhou, 1-3, 2011. [8]. http://www.home.agilent.com/en/pd-1000004587%3Aepsg%3Apro-pn-E5071B/ena-rf-network-analyzer. [9]. http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5988-3780EN.pdf. [10]. http://www.geozondas.com/main_page.php?pusl=4.
© Copyright 2024 Paperzz
