Diseño y simulación de tejidos biológicos para la detección del desplazamiento cerebral mediante sistemas de microondas

Abstract

En este Trabajo Fin de Grado se analiza la capacidad de una antena de microondas para detectar desplazamientos en un medio biológico, específicamente el fenómeno conocido como brain-shift, que se produce cuando el tejido cerebral sufre deformaciones. Para ello, se han utilizado simulaciones electromagnéticas realizadas en HFSS, el procesamiento de parámetros S mediante ADS y el análisis temporal de las señales mediante Python. Además, se han realizado medidas experimentales en laboratorio utilizando un analizador vectorial de redes. En una primera fase se analizó el comportamiento de la antena frente a una plancha metálica, empleando medidas con un analizador vectorial de redes. A continuación, se analizó frente a un modelo de tejido con permitividad constante y dependiente de la frecuencia. Por último, se realizaron simulaciones con deformaciones controladas del tejido para reproducir el brain-shift, obteniéndose desplazamientos coherentes con las deformaciones aplicadas. Los resultados obtenidos indican que el sistema propuesto permite identificar y estimar desplazamientos internos del medio con una precisión adecuada.

This final degree Project investigates the ability of a microwave antenna to detect displacements in a biological medium, specifically the phenomenon known as brain shift, which occurs when brain tissue deforms. To this end, electromagnetic simulations were performed in HFSS, S-parameter processing was carried out using ADS, and time domain analysis was conducted with Python, complemented by experimental measurements in the laboratory using a vector network analyzer. The first part focused on the antenna facing a metallic plate, with measurements conducted in the laboratory. Subsequently, it was analyzed with a tissue model of fixed and dispersive permittivity. Finally, simulations with controlled tissue deformations were performed to reproduce brain shift, obtaining displacements proportional to the applied deformations. The results indicate that the proposed system can reliably detect and quantify internal displacements within the medium.