A Microwave Sensor for Measuring Diabetics Glucose Levels /
Mansour, Esraa Elsayed Mustafa.
A Microwave Sensor for Measuring Diabetics Glucose Levels / مستشعر بالميكروويف لقياس مستويات الجلوكوز لمرضى السكر. Esraa Elsayed Mustafa Mansour. - Alexandria : Esraa Elsayed Mustafa Mansour, 2021. - 65 pages : illustrations ; 30 cm.
A Thesis submitted to the Graduate School of Electronics , Communications and Computer Engineering (ECCE) : Egypt - Japan University of Science and Technology (E - JUST) : In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science In Electronics and Communications Engineering.
Thesis (M.Sc.
In the past decade, several new blood glucose measurement techniques have been investigated. Using the Microwave method is a promising technique to provide non-invasive blood glucose monitoring. In this thesis, different microwave biosensors are presented based on the underlying concept of the interaction between the electromagnetic field which is concentrated around the sensing area of a resonator, and the glucose samples. The small variation in the dielectric properties (relative permittivity and dielectric dissipation) which characterizes the changes in the blood glucose levels could be detected across the signal path. For individuals with different glucose levels, the permittivity of their blood would change accordingly. The purpose of this research is to analyze the feasibility of using microwaves resonators as a blood glucose sensing device for the diagnosis of diabetes based on the transmission, reflection, and the induced shift in the resonant frequency for different resonators. These sensors present complementary split-ring resonators (CSRRS) or defected ground structures (DGS). The presented sensors utilize different shapes like slot, hexagonal and square configurations. These sensors were designed over different substrates such as Rogers RO3210 substrate, FR-4, Rogers RO4300C and fed by a 50 Ω microstrip line. The simulations are performed using full-wave electromagnetic simulator CST Microwave Studio. Two models were used to represent the variation of the glucose in the blood sample by using the Cole-Cole model and the Debye model over the frequency range (0 – 7 GHz). The sensors are simulated for detecting glucose variations in the range of 40-500 mg/dL and 250-16000 mg/dL. Additionally, many parameters were studied as the blood volume and the thickness of the skin. Along with theoretical estimations, the sensors were validated experimentally using a setup of a vector network analyzer (VNA), to measure the transmission coefficient, the reflection coefficients, and the phase. The resonators exhibit higher sensitivity which is significantly better than many previous studies. Both the simulation and the experimental results illustrate the potential of this technique for measuring glucose levels non-invasively. These sensors are promising for wearable non-invasive blood glucose monitoring devices because they are cost-effective, compact, and convenient.
في العقد الماضي، تم التحقیق في العدید من التقنیات الجدیدة لقیاس نسبة السكر في الدم. یعد المیكروویف تقنیة واعدة تستخدم الموجات الكھرومغناطیسیة كوسیلة لتوفیر مراقبة غیر تدخلیة لنسبة الجلوكوز في الدم. في ھذه الأطروحة، یتم تقدیم أجھزة استشعار حیویة مختلفة للمی ً كروویف بناء على المفھوم الأساسي للتفاعل بین المجال الكھرومغناطیسي الذي یتركز حول منطقة استشعار الرنان وعینات الجلوكوز. یمكن الكشف عن الاختلاف الصغیر في خصائص العزل الكھربائي (السماحیة النسبیة وتبدید العزل الكھربائي) الذي یمیز التباین في مستویات الجلوكوز في الدم عبر مسار الإشارة. لذلك، إذا ًا لذلك. الغرض من ھذا البحث ھو تحلیل كان لدى أي فرد اختلافات في مستویات الجلوكوز، فإن سماحیة الدم ستتغیر وفق ً جدوى استخدام مرنانات الموجات الدقیقة كجھاز استشعار لنسبة السكر في الدم لتشخیص مرض السكري بناء على النقل والانعكاس والتحول المستحث في تردد الرنین لمختلف الرنانات. استخدمت ھذه المستشعرات مفھوم استخدام الرنانات ً ). استخدمت المستشعرات المقدمة أشكالا التكمیلیة ذات الحلقة المشقوقة ( CSRRS (أو الھیاكل الأرضیة المعیبة (DGS مختلفة مثل التكوینات ذات الفتحات والسداسیة والمربعة. تم تصمیم ھذه المستشعرات على ركائز مختلفة مثل ركیزة 3210RO Rogers و -4FR و C4300RO Rogers وتم تغذیتھا بواسطة خط 50 میكرومتر. یتم إجراء عملیات المحاكاة باستخدام برنامج محاكاة كھرومغناطیسي كامل الموجة Studio Microwave CST. تم استخدام نموذجین لتمثیل تباین الجلوكوز في عینة الدم بنموذج كول كول ونموذج دیباي على مدى التردد (0 - 7 جیجاھرتز). تمت محاكاة المستشعرات لاكتشاف اختلافات الجلوكوز في نطاق 500-40 مجم / دیسیلتر و16000-250 مجم / دیسیلتر. بالإضافة إلی ذلك ، تمت دراسة العدید من العوامل مثل حجم الدم وسماكة الجلد. إلى جانب التقدیرات النظریة ، تم التحقق من صحة المستشعرات بشكل تجریبي باستخدام محلل شبكة ناقل (VNA (یعمل في قیاس معامل الإرسال ومعامل الانعكاس وال طور. ُظھر الرنانات أداء حساسیة أعلى وھو أفضل بكثیر من العدید من الدراسات السابقة. توضح كل من المحاكاة والنتائج ت التجریبیة إمكانات ھذه التقنیة في قیاس مستویات الجلوكوز غیر التدخلیة ً . یعتبر مفھوم المستشعرات مرشحا واعدًا لأجھزة مراقبة نسبة السكر في الدم غیر التدخلیة القابلة للارتداء لأنھا فعالة من حیث التكلفة وصغیرة الحجم ومریحة.
A Microwave Sensor for Measuring Diabetics Glucose Levels / مستشعر بالميكروويف لقياس مستويات الجلوكوز لمرضى السكر. Esraa Elsayed Mustafa Mansour. - Alexandria : Esraa Elsayed Mustafa Mansour, 2021. - 65 pages : illustrations ; 30 cm.
A Thesis submitted to the Graduate School of Electronics , Communications and Computer Engineering (ECCE) : Egypt - Japan University of Science and Technology (E - JUST) : In Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science In Electronics and Communications Engineering.
Thesis (M.Sc.
In the past decade, several new blood glucose measurement techniques have been investigated. Using the Microwave method is a promising technique to provide non-invasive blood glucose monitoring. In this thesis, different microwave biosensors are presented based on the underlying concept of the interaction between the electromagnetic field which is concentrated around the sensing area of a resonator, and the glucose samples. The small variation in the dielectric properties (relative permittivity and dielectric dissipation) which characterizes the changes in the blood glucose levels could be detected across the signal path. For individuals with different glucose levels, the permittivity of their blood would change accordingly. The purpose of this research is to analyze the feasibility of using microwaves resonators as a blood glucose sensing device for the diagnosis of diabetes based on the transmission, reflection, and the induced shift in the resonant frequency for different resonators. These sensors present complementary split-ring resonators (CSRRS) or defected ground structures (DGS). The presented sensors utilize different shapes like slot, hexagonal and square configurations. These sensors were designed over different substrates such as Rogers RO3210 substrate, FR-4, Rogers RO4300C and fed by a 50 Ω microstrip line. The simulations are performed using full-wave electromagnetic simulator CST Microwave Studio. Two models were used to represent the variation of the glucose in the blood sample by using the Cole-Cole model and the Debye model over the frequency range (0 – 7 GHz). The sensors are simulated for detecting glucose variations in the range of 40-500 mg/dL and 250-16000 mg/dL. Additionally, many parameters were studied as the blood volume and the thickness of the skin. Along with theoretical estimations, the sensors were validated experimentally using a setup of a vector network analyzer (VNA), to measure the transmission coefficient, the reflection coefficients, and the phase. The resonators exhibit higher sensitivity which is significantly better than many previous studies. Both the simulation and the experimental results illustrate the potential of this technique for measuring glucose levels non-invasively. These sensors are promising for wearable non-invasive blood glucose monitoring devices because they are cost-effective, compact, and convenient.
في العقد الماضي، تم التحقیق في العدید من التقنیات الجدیدة لقیاس نسبة السكر في الدم. یعد المیكروویف تقنیة واعدة تستخدم الموجات الكھرومغناطیسیة كوسیلة لتوفیر مراقبة غیر تدخلیة لنسبة الجلوكوز في الدم. في ھذه الأطروحة، یتم تقدیم أجھزة استشعار حیویة مختلفة للمی ً كروویف بناء على المفھوم الأساسي للتفاعل بین المجال الكھرومغناطیسي الذي یتركز حول منطقة استشعار الرنان وعینات الجلوكوز. یمكن الكشف عن الاختلاف الصغیر في خصائص العزل الكھربائي (السماحیة النسبیة وتبدید العزل الكھربائي) الذي یمیز التباین في مستویات الجلوكوز في الدم عبر مسار الإشارة. لذلك، إذا ًا لذلك. الغرض من ھذا البحث ھو تحلیل كان لدى أي فرد اختلافات في مستویات الجلوكوز، فإن سماحیة الدم ستتغیر وفق ً جدوى استخدام مرنانات الموجات الدقیقة كجھاز استشعار لنسبة السكر في الدم لتشخیص مرض السكري بناء على النقل والانعكاس والتحول المستحث في تردد الرنین لمختلف الرنانات. استخدمت ھذه المستشعرات مفھوم استخدام الرنانات ً ). استخدمت المستشعرات المقدمة أشكالا التكمیلیة ذات الحلقة المشقوقة ( CSRRS (أو الھیاكل الأرضیة المعیبة (DGS مختلفة مثل التكوینات ذات الفتحات والسداسیة والمربعة. تم تصمیم ھذه المستشعرات على ركائز مختلفة مثل ركیزة 3210RO Rogers و -4FR و C4300RO Rogers وتم تغذیتھا بواسطة خط 50 میكرومتر. یتم إجراء عملیات المحاكاة باستخدام برنامج محاكاة كھرومغناطیسي كامل الموجة Studio Microwave CST. تم استخدام نموذجین لتمثیل تباین الجلوكوز في عینة الدم بنموذج كول كول ونموذج دیباي على مدى التردد (0 - 7 جیجاھرتز). تمت محاكاة المستشعرات لاكتشاف اختلافات الجلوكوز في نطاق 500-40 مجم / دیسیلتر و16000-250 مجم / دیسیلتر. بالإضافة إلی ذلك ، تمت دراسة العدید من العوامل مثل حجم الدم وسماكة الجلد. إلى جانب التقدیرات النظریة ، تم التحقق من صحة المستشعرات بشكل تجریبي باستخدام محلل شبكة ناقل (VNA (یعمل في قیاس معامل الإرسال ومعامل الانعكاس وال طور. ُظھر الرنانات أداء حساسیة أعلى وھو أفضل بكثیر من العدید من الدراسات السابقة. توضح كل من المحاكاة والنتائج ت التجریبیة إمكانات ھذه التقنیة في قیاس مستویات الجلوكوز غیر التدخلیة ً . یعتبر مفھوم المستشعرات مرشحا واعدًا لأجھزة مراقبة نسبة السكر في الدم غیر التدخلیة القابلة للارتداء لأنھا فعالة من حیث التكلفة وصغیرة الحجم ومریحة.
