Remote patient monitoring using implantable medical devices (IMDs) provides
continuous health monitoring such as heart rate, blood pressure, or insulin level
through telecommunications. Wireless biotelemetry allows the transmission of
physiological signals from the implanted device to monitoring or controlling devices.
This thesis is about the study and characterization of the inhomogeneous human tissue
as the lossy part of the communication channel. A healthcare monitoring technique of
bone fracture healing is proposed. A multilayer human tissue model is analyzed in a
range of frequencies covering the MICS and ISM bands for this purpose. The range of
in-to-out incident angle of electromagnetic wave which produces transmission outside
the body is identified for each frequency. The variation of reflection coefficient at the
borders of the tissues with incident angle is characterized. An additional layer is added
to the multilayer model to represent the fracture which increases the loss inside the
model and affects the transmitted average power density outside the body. The human
femoral shaft fractures and humerus fractures are selected as the applications of the
proposed monitoring technique. Two post-surgery treated models of femoral shaft and
humerus fractures are simulated by CST Microwave studio using different topologies
of linear and meander half wave dipole antennas. The technique is verified
experimentally on lifeless animal models and the measurements show good matching
with the simulation results. This monitoring technique avoids repeated exposing to X Ray and eases the patients’ life through monitoring at home.
ÖZ:
Vücuda yerleştirilebilir tıbbi cihazlar (IMD'ler) kullanılarak uzaktan hasta izleme,
telekomünikasyon yoluyla kalp hızı, kan basıncı veya insülin seviyesi gibi sürekli
sağlık izlemesi sağlar. Kablosuz biyotelemetri, fizyolojik sinyallerin implante edilmiş
cihazdan izleme veya kontrol cihazlarına iletilmesine izin verir. Bu tez homojen
olmayan insan dokusunu iletişim kanalının kayıplı kısmı olarak incelemiş ve
karakterize etmiştir. Çok katmanlı bir insan doku modeli önerilmiş ve MICS ve ISM
bantlarını kapsayan bir dizi frekansta analiz edilmiştir. Her frekans için, vücut dışında
iletim oluşturan elektromanyetik dalganın içeri-dışa geliş açısı aralığı belirlenir.
Dokuların sınırlarındaki yansıma katsayısının geliş açısı ile değişimi karakterize edilir.
Kemik kırığı iyileşmesinin sağlık bakımında izlenmesi önerilmektedir. Model içindeki
kaybı artıran ve gövde dışında iletilen ortalama güç yoğunluğunu etkileyen kırılmayı
temsil etmek için modele ek katman eklenir. Önerilen izleme tekniğinin uygulamaları
olarak insan femur cisim kırıkları ve humerus kırıkları seçilmiştir. Femur şaftı ve
humerus kırıklarının ameliyat sonrası tedavi edilen iki modeli, farklı lineer ve
menderes yarım dalga dipol antenleri kullanılarak CST Microwave stüdyosu
tarafından simüle edilmiştir. Teknik, cansız hayvan modellerinde deneysel olarak
doğrulanmıştır ve ölçümler simülasyon sonuçlarıyla iyi bir uyum göstermektedir. Bu
izleme tekniği, X-Ray'e tekrar tekrar maruz kalmayı önler ve evde izleme yoluyla
hastaların hayatını kolaylaştırır.
