Radiómetro de microondas de Pseudo-Correlación para aplicaciones médicas

Abstract

RESUMEN: Hoy en día se están utilizando distintas tecnologías para dotar al sector médico de nuevas técnicas de diagnóstico. En nuestro caso particular estamos orientados a la diabetes. La detección de la patología de pie diabético es complicada, ya que la falta de sensibilidad en las extremidades inferiores causada por la propia enfermedad hace que la persona se dé cuenta de una posible úlcera superficial cuando la herida en el pie ya está supurando. Para prevenir esto y valorar la introducción de una nueva técnica de diagnóstico temprana, se propone el diseño de un radiómetro en la banda de microondas para dicha aplicación médica. Esta técnica va a permitir realizar medidas por debajo de la superficie de la piel, ya que en el rango de microondas las ondas electromagnéticas son capaces de penetrar hasta unos centímetros en el interior de los tejidos biológicos. El trabajo realizado se basa en un receptor configurado en una topología de radiómetro de pseudocorrelación, con frecuencia central 2,7 GHz. El diseño se estudia mediante técnicas de simulación, utilizando subsistemas diseñados a medida y componentes comerciales disponibles. La configuración propuesta demuestra una respuesta de temperatura de ruido mejorada. La principal ventaja es permitir que el receptor sea recalibrado con señales de salida medibles simultáneamente proporcionales a cada señal de entrada y a la respuesta de la correlación entre ellas. En el desarrollo del trabajo se implementa una simulación completa del radiómetro con elementos ideales incluyendo su calibración y la medida de una temperatura desconocida, con el software ADS (Advanced Design System) de Keysight. Posteriormente se pasa a realizar todo el diseño del sistema con componentes comerciales, así como el layout necesario para su posterior fabricación. Por último, se lleva a cabo la caracterización del radiómetro en el laboratorio, mediante medidas de parámetros de Scattering y el ruido. Además, se realiza la calibración propuesta con fuentes de ruido en las entradas del radiómetro, así como la medida de varios casos de una temperatura de entrada desconocida.

ABSTRACT: Nowadays, different technologies are being used to help the medical sector with new diagnostic techniques. In our particular case we are focused on diabetes. The detection of diabetic foot pathology is complicated since the lack of sensitivity in the lower limbs caused by the disease itself makes the person realize a possible superficial ulcer when the foot wound is already suppurating. To prevent this and assess the introduction of a new early diagnosis technique, the design of a radiometer in the microwave band for medical applications is proposed. This technique will allow measurements below the surface of the skin, since electromagnetic waves in the microwave range are capable of penetrating up to a few centimeters into the interior of biological tissues. This work is based on a receiver configured in a pseudo-correlation topology, which have a central frequency of 2.7 GHz. The design is studied through simulation techniques, using custom-designed subsystems and commercial off-the-shelf components. The proposed configuration demonstrates an improved noise temperature response. The main advantage is to allow the receiver to be recalibrated with simultaneously measurable output signals proportional to each input signal and to the correlating response between them. In the development of this work a complete simulation of the radiometer with ideal elements, including its calibration and the measurement of an unknown temperature, using the Keysight ADS (Advanced Design System) software, has been implemented. Subsequently, the entire design of the system, as well as the layout for its assembly, is carried out with commercial components Finally, the radiometer is characterized in the laboratory, through measurements of scattering parameters and noise. In addition, the proposed calibration is performed with noise sources at the radiometer inputs, as well as the measurement of several cases of an unknown input temperature.