Electromagnetic scattering from arbitrarily shaped biological bodies such as heart and lung, and remote sensing of body functions by using microwave antenna system

Abstract

ÖZET KALP VE AKCİĞER GİBİ KEYFİ ŞEKİLLİ BİYOLOJİK VÜCUT YAPILARININ ELEKTROMAGNETİK SAÇILMASI, VE MİKRODALGA ANTEN SİSTEMİ KULLANARAK VÜCUT FONKSİYONLARININ UZAKTAN ALGILANMASI Verici ve alıcı antenden yakın veya uzak mesafede bulunan bir insanın vücut fonksiyonlarını algılamak için teorik bir mikrodalga tekniği geliştirilmiştir. Sistemin temel prensibi insan vücuduna, zararlı etkisi olmayacak kadar düşük şiddette mikrodalga huzmesi göndererek, kalp atışları ve akciğer hareketlerinden etkilenerek module olmuş geri saçılan mikrodalga işaretinden vücut fonksiyonlarının algılanmasıdır. Bu çalışma iki model üzerinden karşılaştırmalı olarak gerçekleştirilmiştir. Bu modellerden biri olan tabakalı vücut modeli deri, kas, kemik, kas gibi paralel tabakalı biyolojik yapı arkasında eşmerkezli küresel yapılardan oluşan iki akciğer ve onların aralarında gerçeğe uygun şekilde yerleştirilmiş kalpten oluşmuştur. Diğer model ise gerçek insan vücuduna daha yakın `sanki gerçek vücut modeli` diye tanımladığımız modeldir ki, bu model de kalp ve akciğerler, en dış tabakaları deri olan eş merkezli küreler olarak varsayılmasından ve bu kürelerin vücut şekline uygun biçimde bir araya getirilmesinden oluşmaktadır. Kalp ve akciğer etrafındaki elektrik potansiyel dağılımının kendi hareketleri ile doğru orantılı olduğu varsayılarak, bu modeller üzerinde uygulanmıştır. Tekniğin açıklaması bu karmaşık modeller üzerinden karşılaştırmalı olarak verilmiştir.

IV ABSTRACT ELECTROMAGNETIC SCATTERING FROM ARBITRARILY SHAPED BIOLOGICAL BODIES SUCH AS HEART AND LUNG, AND REMOTE SENSING OF BODY FUNCTIONS BY USING MICROWAVE ANTENNA SYSTEM A theoretical microwave technique is developed for detecting human body functions (real heart and lung) near and far from the receiver and transmitter antennas. The basic principle of the system is to illuminate the body with a low-intensity microwave beam, which has no hazardous effect on human body, and to receive the backscattering microwave signal in order to extract the modulated heartbeat and breathing signals. This study has been realized on two human body models-(i) parallel stratified model consisting of spherical heart and lungs behind parallel stratified layers and (ii) quasi-real model combining multiple concentrically layered spheres consisting heart and lungs at the cores. The stratified layers are made up of muscle, bone, muscle and skin tissues. Heart and lung motions are assumed to be directly proportional to real electric potential distribution. The description of this technique is given with comparison of the results of these two body models.