Μικροκυματική απεικόνιση: Χρήση μεταϋλικών για την βελτίωση ακτινοβολίας μικροκεραιών που λειτουργούν σε κοντινή απόσταση με βιολογικούς ιστούς

Abstract

Το εγκεφαλικό επεισόδιο είναι μια διαδεδομένη μορφή εγκεφαλικής διαταραχής παγκοσμίως, με συμπτώματα που μπορεί να μοιάζουν με άλλες ιατρικές καταστάσεις, όπως οι παροδικές ισχαιμικές κρίσεις, λιποθυμία, ημικρανίες, καρδιακά προβλήματα και οι επιληπτικές κρίσεις. Κατά συνέπεια, είναι υποχρεωτική ανάγκη να αποφεύγεται η λανθασμένη διάγνωση του εγκεφαλικού επεισοδίου κατά την αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων υγείας. Η άμεση ιατρική φροντίδα για έναν ασθενή με εγκεφαλικό πρόβλημα είναι σημαντική διότι, μετά τον τραυματισμό, εκατομμύρια εγκεφαλικά κύτταρα χάνονται κάθε δευτερόλεπτο, οδηγώντας σε ανεπανόρθωτη βλάβη ή ακόμη και σε θάνατο. Ο έγκαιρος εντοπισμός ενός εγκεφαλικού επεισοδίου και η γρήγορη χορήγηση της κατάλληλης φαρμακευτικής αγωγής εντός λίγων ωρών από την έναρξη των συμπτωμάτων, έχει μεγάλη σημασία για τη διάσωση της ζωής ενός ασθενούς. Το κλειδί για την επιτυχή θεραπεία είναι η ακριβής και η ταχεία διάγνωση του εγκεφαλικού επεισοδίου. Η επιστήμη της βιοϊατρικής, αναπτύσσεται στην δημιουργία ενός φορητού διαγνωστικού συστήματος για άμεση χρήση και είναι απαραίτητη για την ταχεία αναγνώριση των εγκεφαλικών κακώσεων. Σήμερα, η διάγνωση ενός εγκεφαλικού επεισοδίου ξεκινά με μία νευρολογική αξιολόγηση μέσω κλινικής εξέτασης. Σε αντίθεση με τους αξονικούς τομογράφους και τους μαγνητικούς τομογράφους, η μικροκυματική απεικόνιση (MWI) χρησιμεύει ως φορητό σύστημα ανίχνευσης, επιτρέποντας την αρχική διάγνωση διαφόρων απειλητικών για τη ζωή επειγόντων περιστατικών, όπως οι εγκεφαλικές κακώσεις λόγω εγκεφαλικού επεισοδίου, ακόμη και ενώ οι ασθενείς βρίσκονται καθ' οδόν προς το νοσοκομείο, εξοικονομώντας έτσι κρίσιμο χρόνο. Τα τελευταία χρόνια, η μικροκυματική έχει αναδειχθεί ως μια υποσχόμενη τεχνολογία σε διάφορες εφαρμογές, ιδίως στον ιατρικό τομέα, πιο συγκεκριμένα στην απεικόνιση του καρκίνου του μαστού και σε περίπτωση εγκεφαλικού επεισοδίου. Επιπλέον, παρουσιάζει πλεονεκτήματα, όπως οικονομική, αποδοτική, φορητή, γρήγορη και η φιλικότητά της προς τον χρήστη, με σημαντικές δυνατότητες για τον εντοπισμό εγκεφαλικών αιμορραγιών. Η μικροκυματική απεικόνιση λειτουργεί, εφαρμόζοντας μικροκυματική ακτινοβολία στο ανθρώπινο κεφάλι, καταγράφοντας τις διάφορες μεταβολές των ιστών του εγκεφάλου, βασίζοντας στην διαφορετική ηλεκτρική τους αντίθεση με ένα υγιής εγκεφαλικό ιστό. Χρησιμεύει ως εργαλείο διαλογής για την ανίχνευση και παρακολούθηση αιμορραγικών εγκεφαλικών επεισοδίων, όγκων και καρκινικών κυττάρων, βασιζόμενο στις έντονες διαφορές στις διηλεκτρικές ιδιότητες μεταξύ φυσιολογικών και μη φυσιολογικών ιστών σε συχνότητες μικροκυμάτων. Σε αυτή την διπλωματική, στο Κεφάλαιο 1 μιλάμε για την ιατρική απεικόνιση, πιο συγκεκριμένα για την απεικόνιση του μαστού και εγκεφαλικοί επεισοδίου (Κεφάλαιο 2-3). Στο Κεφάλαιο 4 μιλάμε γενικά για την χρήση κεραιών σε βιοϊατρικές εφαρμογές αναφέροντας συστήματα απεικόνισης από διάφορα επιστημονικά άρθρα. Το Κεφάλαιο 5 αναφέρει τις βασικές αρχές μικροκυματικής απεικόνισης. Τα Κεφάλαια 6 και 7, αφιερώνονται στα μεταϋλικά και μεταεπιφάνιες, πιο συγκεκριμένα σε ηλεκτρομαγνητικούς μεταϋλικούς απορροφητές. Στο τελευταίο Κεφάλαιο, μελετάμε πώς τα μεταϋλικά μπορούν να βελτιώσουν την ακτινοβολία μιας κεραίας που λειτουργεί σε κοντινή απόσταση με έναν βιολογικό εγκεφαλικό ιστό. Συγκεκριμένα, κατασκευάζουμε κεραίες bowtie με το CST που λειτουργούν μεταξύ 2 και 3 GHz και με τη βοήθεια της αντίστασης αντιστοίχισης μεταεπιφάνειας (IMM) και τεχνητού μαγνητικού αγωγού (AMC), βελτιώνουμε τη λειτουργικότητα του συστήματος μειώνοντας την ανεπιθύμητη οπίσθια ακτινοβολία και επιτυγχάνοντας καλύτερη εικόνα σε πυκνούς εγκεφαλικούς ιστούς. Τα αριθμητικά αποτελέσματα του CST πρέπει να συμφωνούν με τα πειραματικά.