کنفرانس مهندسی برق ایران

صفحه اصلی / سی و سومین کنفرانس بین المللی مهندسی برق

Breast tumor detection using graphene-based terahertz patch antenna

نویسندگان :

Zahra Yasaghi¹ Ayaz Ghorbani² Gholamreza Moradi³

1- دانشگاه صنعتی امیرکبیر(پلی تکنیک تهران) 2- دانشگاه صنعتی امیرکبیر(پلی تکنیک تهران) 3- دانشگاه صنعتی امیرکبیر(پلی تکنیک تهران)

کلمات کلیدی :

Microstrip patch antenna،Terahertz،Graphene،Breast tumor،slot

چکیده :

The use of antennas for detecting abnormalities in body tissues has become an important area of research, particularly for the early detection of breast cancer, which is a leading cause of mortality among women. This study focuses on simulating a microstrip patch antenna using CST Suite Studio 2023 for breast tumor detection. The antenna is designed with graphene and polyamide to enhance performance and features a slotted circular patch with optimized dimensions. Key parameters such as gain, directivity, return loss, and radiation pattern were thoroughly evaluated. Testing was conducted using a breast phantom, both with and without a tumor, which revealed significant differences in return loss, thereby confirming the antenna's capability to detect tumors. This simulation was conducted using HFSS to verify the results including S11 plot of the antenna, and S11 plot illustrating tumor and non-tumor states. An image reconstruction algorithm was also employed to accurately identify the location of the tumor. The antenna achieved a gain of 4.14 dB, a directivity of 5 dBi, a return loss of less than 10 dB, and an efficiency of 0.82 demonstrating its potential as a non-invasive and reliable tool for the early detection of breast cancer. The antenna’s simple structure and high efficiency in detecting breast tumors, along with its use of image reconstruction algorithms for creating images, represent a novel approach discussed in this article. استفاده از آنتن‌ها برای تشخیص ناهنجاری‌ها در بافت‌های بدن به یک حوزه مهم تحقیقاتی، به‌ویژه برای تشخیص زودهنگام سرطان سینه، که عامل اصلی مرگ و میر در بین زنان است، تبدیل شده است. این مطالعه بر شبیه‌سازی یک آنتن پچ میکرواستریپ با استفاده از CST Suite Studio 2023 برای تشخیص تومور سینه تمرکز دارد. این آنتن با گرافن و پلی آمید برای افزایش عملکرد طراحی شده است و دارای یک وصله دایره‌ای شکافدار با ابعاد بهینه است. پارامترهای کلیدی مانند بهره، جهت، تلفات برگشتی و الگوی تشعشع به طور کامل مورد ارزیابی قرار گرفتند. آزمایش با استفاده از یک فانتوم سینه، هم با تومور و هم بدون تومور انجام شد، که تفاوت های قابل توجهی را در از دست دادن بازگشت نشان داد، در نتیجه توانایی آنتن برای تشخیص تومورها را تایید کرد. این شبیه‌سازی با استفاده از HFSS برای تأیید نتایج شامل نمودار S11 آنتن، و نمودار S11 نشان‌دهنده حالت‌های تومور و غیر توموری انجام شد. یک الگوریتم بازسازی تصویر نیز برای شناسایی دقیق محل تومور به کار گرفته شد. این آنتن به بهره 4.14 دسی بل، جهت دهی 5 دسی بل، افت برگشتی کمتر از 10 دسی بل و بازده 0.82 دست یافت که پتانسیل آن را به عنوان یک ابزار غیر تهاجمی و قابل اعتماد برای تشخیص زودهنگام سرطان سینه نشان می دهد. ساختار ساده و کارایی بالای آنتن در تشخیص تومورهای سینه، همراه با استفاده از الگوریتم های بازسازی تصویر برای ایجاد تصاویر، نشان دهنده رویکرد جدیدی است که در این مقاله مورد بحث قرار گرفته است.