Microwave pulse propagation inside a 3D heart model

Abstract

The electrodynamically rigorous solution of Maxwell’s equations related to the microwave pulse propagation inside a threedimension heart model is presented in this article. The boundary problem was solved by using the singular integral equations’ method. The carrier microwave frequency is 10 GHz. The modulating signals are triangular and rectangular video pulses with the on-off time ratio equal to 3 and 30 for each of pulses. The model heart was limited by a non-coordinate shape surface and it consisted of two different size cavities. The heart cavities were schematic images of the left and right atriums and ventricles. In our calculations the cavities were filled with blood and the walls of the heart consisted of myocardium tissue. The microwave electric field distributions was analysed at three longitudinal cross-sections of the heart model. It is shown that the microwave electric field distribution inside of the heart model most notably depends on the on-off time ratio and form of modulating video pulses.

Pateiktas elektrodinamiškai griežtas Maxwell‘o lygčių kraštinio uždavinio sprendimas, skirtas mikrobangų impulsų sklidimui trimačiame širdies modelyje tirti. Kraštiniam uždaviniui spręsti panaudotas singuliarinių integralinių lygčių metodas. Mikrobangų nešlio dažnis lygus 10 GHz. Jis moduliuojamas trikampiais arba stačiakampiais impulsais, kurių rėtis gali būti 3 arba 30. Širdies modelis yra sudėtingos formos paviršius, o jo viduje yra dvi skirtingų matmenų ir formos ertmės, analogiškos širdies kairiajam ir dešiniajam prieširdžiams bei skilveliams. Skaičiuojant laikoma, kad šias ertmes užpildo terpė, turinti elektrofizikinių kraujo parametrų vertes. Visą kitą modelio tūrį užimanti terpė turi širdies raumens – miokardo parametrų vertes. Ištirtas mikrobangų elektrinio lauko pasiskirstymas trijuose išilginiuose modelio pjūviuose. Įrodyta, kad elektrinio lauko pasiskirstymas širdies viduje priklauso nuo moduliuojančiojo impulso formos ir jų rėčio.