In-body to On-body Experimental UWB Channel Characterization for the Human Gastrointestinal Area

Abstract

[ES] La poblacion mundial en paises desarrollados esta envejeciendo y con ello existe un aumento de enfermedades en gran medida causadas por la edad. Las nuevas tecnologias medicas pueden ayudar a detectar, diagnosticar y tratar estas enfermedades y con ello ahorrar dinero, tiempo y recursos de los sistemas sanitarios. Las tecnologias inalambricas implantables han abierto un nuevo panorama para la proxima generacion de tecnologias medicas. Frecuencias como la Ultra Wide-Band (UWB) de 3.1 a 10.6 GHz estan siendo consideradas para la nueva generacion de dispositivos inalambricos para dentro del cuerpo humano. Las caracteristicas como el reducido tamano de las antenas, la baja potencia de transmision y la alta velocidad de datos son las mas buscadas en este tipo de dispositivos. El problema surge porque el cuerpo humano depende de la frecuencia de modo que a mayores frecuencias, mayores son las perdidas por propagacion. Conociendo el canal de transmision se puede solventar el problema de las altas perdidas. Esta tesis tiene como objetivo caracterizar el canal de radio frecuencia (RF) para la nueva generacion de dispositivos medicos implantables. Para caracterizar el canal se han empleado tres diferentes metodologias: simulaciones numericas, medidas en phantom y experimentos en animales vivos. Las medidas en phantom fueron realizadas en un nuevo sistema de medidas expresamente disen?ados para medidas de dentro a fuera del cuerpo humano en la banda de frecuencias UWB. Ademas, se utilizo un novedoso recipiente con dos capas de phantom imitando la zona gastrointestinal del cuerpo. Estos phantoms fueron creados para este tipo de medidas y son extremadamente precisos a las frecuencias UWB. Para los experimentos en animales se utilizaron cerdos y se intento reproducir en ellos las medidas previamente realizadas en phantom. Las simulaciones software se realizaron con la intencion de replicar ambas metodologias. Una vez realizados los experimentos se realizo un extensivo estudio del canal en dominio frecuencial y temporal. Mas en detalle, se compararon las antenas usadas en la recepcion y transmision, el efecto de la grasa en el canal, la formas del recipiente contenedor de phantom y las componentesmulticamino. Como resultado se ha propuesto un modelo de propagacion del canal para la banda baja de las frecuencias UWB (3.1 -5.1 GHz) para la zona gastrointestinal del cuerpo humano. Este modelo de propagacion ha sido validado utilizando las tres metodologias previamente descritas y comparada con otros estudios existentes en literatura. Finalmente, se midio el canal de propagacion para una determinada aplicacion a bajas frecuencias con senales UWB. Tambien se realizaron medidas del canal de propagacion en la zona cardiaca del cuerpo humano desde un punto de vista de seguridad de datos. Los resultados obtenidos en esta tesis confirman los beneficios que tendria la utilizacion de frecuencias UWB para las futuras generaciones de dispositivos medicos…