Sensores de microondas para la detección de materiales de alta constante dieléctrica

Abstract

El objetivo principal en el presente proyecto es la detección de tumores con tecnologías no intrusivas ni ionizantes que permitan identificar de forma más precisa las áreas a extirpar, reduciendo de esta forma el tejido sano a sacrificar. Esta aproximación tiene como finalidad el minimizar significativamente el número de biopsias intraoperatorias en el caso de tumores renales y vesicales. El proyecto se ha basado en el diseño de dos métodos diferentes para la detección, análisis y estudio de sustancias de alta constante dieléctrica y altas pérdidas. • Diseño e implementación de una antena parche excitada por ranura desarrollada mediante el simulador electromagnético Ensemble de ANSOFT. Este aplicador, basado en la radiación de una antena, nos ha permitido el estudio de muestras de grandes tejidos uniformes. Se ha fijado por este motivo la frecuencia a 16 GHz, ya que existe un compromiso entre la profundidad de penetración y la precisión de los resultados de las medidas. Al diseño de la antena se le ha adaptado un portador de teflón para contener las muestras orgánicas, sistema respecto al cual se ha comprobado la sensibilidad mediante diversas técnicas en las que íbamos jugando con la constante dieléctrica y la tangente de perdidas de la muestra. Este sistema nos proporciona resultados buenos para muestras homogéneas, lo que implica que presente una gran sensibilidad al observar diferencias significativas en la ganancia a medida que vamos variando las propiedades eléctricas, con lo que es posible distinguir diferentes tejidos. En cambio, presenta dificultades a la hora de distinguir contornos de separación en muestras heterogéneas. Incluye una implementación práctica de los sistemas simulados en Ensemble haciendo un análisis de un montaje ya existente en el laboratorio, consistente en una antena parche excitada por ranura a una frecuencia de 6 GHz con polarización circular con muestras de riñones sanos de cerdo cedidas por el hospital Universitario Marques de Valdecilla. • Para la búsqueda de un segundo diseño que distinga contornos de muestras heterogéneas, se ha hecho un estudio del comportamiento de guías de onda rectangulares, de las transiciones entre dos guías de onda de dimensiones diferentes, y de las bocinas rectangulares. Se ha desarrollado con el programa de simulación electromagnética CST Microwave Studio en la banda Ka, a una frecuencia de 35 GHz. El sistema final para la detección de muestras está compuesto de una guía de onda en transmisión, una antena tipo bocina rectangular en recepción con una lámina de teflón que sirve de soporte a una muestra de tejido biológico en medio. Para el análisis de los resultados se ha utilizado un algoritmo creado con la herramienta MATLAB que nos da un mapa de colores en el que se puede localizar cualquier variación en las características de la muestra, como puede ocurrir cuando hay tejido dañado en el caso de un tumor. Este sistema sirve tanto para el estudio de muestras homogéneas como para heterogéneas de pequeño tamaño.