Investigation of Breast Cancer in Fabricated Breast Phantom Using Wearable Patch Antenna

Abstract

In this study, a wearable microstrip patch antenna design is proposed to detect breast cancer based on the contrast in dielectric properties between healthy and infected (malignant) tissues. To test the proposed antenna, a three layered (skin, fat, glandular) breast phantom that can mimic human breast has been developed. A wearable, small size printed patch antenna was used on breast phantom for the stage I and stage II cancer detection. Return loss values of a 28.8 × 28.8 mm2 patch antenna which implemented on FR4 structure were used to study effect of the tumor. Firstly, a multilayer breast phantom model was designed by using CST Microwave Studio and simulations were taken to detect the tumor. Additionally, a realistic breast phantom composed of skin, fat and glandular was fabricated to test the designed antenna. After carrying out the simulations, the realistic healthy and infected breast phantoms were obtained and the aforementioned antenna was fabricated. The return loss measurements were taken on fabricated phantoms by a network analyzer (NanoVNAF Network Analyzer) and compared with the simulated results. Measurement of fabricated breast phantoms are in good agreement with the simulated results. The proposed study can be considered as a promising method for breast cancer research and presents a new and promising method to doctors in the detection of breast cancer with the obtained antenna and sheds light on the researchers with the fabricated breast phantom.

ÖZ: Bu çalışmada, meme fantomunda evre I ve evre II kanser tespiti için giyilebilir, küçük boyutlu baskılı yama anten kullanılmıştır. FR4 yapısı üzerine uygulanan 28.8 x 28.8 mm2 yama antenin geri dönüş kaybı değerleri, sağlıklı ve tümörlü meme dokularının etkisini incelemek için kullanıldı. Öncelikle CST Microwave Studio kullanılarak çok katmanlı bir meme fantom modeli tasarlanmış ve tümörün teşhisi için simülasyonlar alınmıştır. Ek olarak, tasarlanan anteni test etmek için deri, yağ ve salgı bezlerinden oluşan gerçekçi bir meme fantomu üretildi. Simülasyonlar alındıktan ve gerçekçi sağlıklı ve tümörlü meme fantomu üretildikten sonra, anten imal üretildi ve fabrikasyon fantomlar üzerinde bir ağ analiz cihazı (NanoVNA-F V2 Vector Network Analyzer) ile geri dönüş kaybı ölçümleri alındı. CST Microwave Studio ile elde edilen sağlıklı ve enfekte meme modellerinin simülasyonları, ölçülen sonuçlarla iyi bir uyum içinde olduğu gözlemlendi. Önerilen çalışmanın meme kanseri çalışmaları için umut verici bir yöntem olduğu gösterilmiştir. Tümör tespitinde yeni ve umut vadeden bir yöntemi doktorlara sunmakla birlikte elde edilen fantom ile araştırmacılara da ışık tutuyor.