Search

Malignant melanoma is one of the cancers with the highest incident rates. It is also the most dangerous skin cancer type and an early diagnosis is crucial for the successful treatment of malignant melanoma patients. If it is diagnosed and treated at an early stage, the survival rate for patients is 99%, however, this is reduced to only 25% if diagnosed at a later stage. The work in this thesis combines microsystem technology, microwave engineering and biomedical engineering to develop a sensing tool for early-stage malignant melanoma diagnostics. Such a tool could not only increase the clinical accuracy of malignant melanoma diagnosis, but also reduce the time needed for examination, and lower the number of unnecessary biopsies. Furthermore, a reliable and easy-to-use tool can enable non-specialist healthcare personnel, including primary care physicians or nurses, to perform a prescreening for malignant melanoma with a high sensitivity. Consequently, a large number of patients could receive a timely examination despite the shortage of dermatologists, which exists in many healthcare systems. The dielectric properties of tumor tissue differ from healthy tissue, which is mainly accounted to a difference in the water content. This difference can be measured by a microwave-based sensing technique called microwave reflectometry. Previously reported microwave-based skin measurements largely relied on standard open-ended waveguide probes that are not suitable for early-stage skin tumor diagnosis. Thus, alternative near-field probe designs based on micromachined dielectric-rod waveguides are presented here. The thesis focuses on a broadband microwave probe that operates in the W-band (75 to 110 GHz), with a sensing depth and resolution tailored to small and shallow skin tumors, allowing a high sensitivity to early-stage malignant melanoma. Prototypes of the probe were fabricated by micromachining and characterized. For the characterization, a novel type of silicon-based hete, Malignt melanom är en av våra vanligaste cancertyper och samtidigt den farligaste typen av hudcancer. Tidig diagnosticering är avgörande för en framgångsrik behandling: 99% överlever om den upptäcks tidigt men endast 25% överlever om den upptäcks i sent skede. Denna avhandling kombinerar mikrosystemteknik, mikrovågsteknik, och biomedicinsk forskning för att ta fram ett sensor-verktyg som hjälpmedel för tidig diagnostisering av malignt melanom. I händerna på hudläkare skulle ett sådant verktyg öka noggrannheten på diagnostiseringen, minska undersökningstiden samt antalet onödiga biopsier. Ett pålitligt och lättanvänt verktyg skulle dessutom kunna användas av icke-specialisthälsopersonal t.ex. primärvårdspersonal eller sjuksköterskor. Eftersom många sjukvårdssystem har brist på hudläkare skulle detta möjliggöra att fler patienter får tillgång till tidig undersökning. De dielektriska egenskaperna hos tumörvävnad skiljer sig från hälsosam vävnad vilket huvudsakligen beror på skillnad i vattenhalten. Denna skillnad kan mätas med en mikrovågsbaserad sensorteknik som kallas mikrovågsreflektometri. Tidigare mikrovågsbaserade hudmätningar har i huvudsak förlitat sig på vanliga öppna vågledarprober som inte är lämpliga för att upptäcka hudtumörer i tidigt stadium. I denna avhandling presenteras därför alternativa designer av s.k. närfälts-prober, baserade på mikrotillverkade dielektriska stångvågledare. Avhandlingen fokuserar på en bredbandsprob som arbetar i W-bandet, dvs. 75 till 110 GHz. Dess sensordjup och upplösning är skräddarsydda för små och grunda hudtumörer för att uppnå en hög känslighet för malignt melanom i tidigt stadium. Prototyper av proben framställdes genom mikrotillverkning och karakteriserades med vävnadsliknande material. Det vävnadsliknande materialet specialutvecklades för ändamålet och baseras på en ny typ av kiselbaserade heterogena material med skräddarsydd permittivitet. Sondens prestanda utvärderades dessutom in vivo. Genom mätningar på frivilliga, QC 20190603

Malignant melanoma is one of the cancers with the highest incident rates. It is also the most dangerous skin cancer type and an early diagnosis is crucial for the successful treatment of malignant melanoma patients. If it is diagnosed and treated at an early stage, the survival rate for patients is 99%, however, this is reduced to only 25% if diagnosed at a later stage. The work in this thesis combines microsystem technology, microwave engineering and biomedical engineering to develop a sensing tool for early-stage malignant melanoma diagnostics. Such a tool could not only increase the clinical accuracy of malignant melanoma diagnosis, but also reduce the time needed for examination, and lower the number of unnecessary biopsies. Furthermore, a reliable and easy-to-use tool can enable non-specialist healthcare personnel, including primary care physicians or nurses, to perform a prescreening for malignant melanoma with a high sensitivity. Consequently, a large number of patients could receive a timely examination despite the shortage of dermatologists, which exists in many healthcare systems. The dielectric properties of tumor tissue differ from healthy tissue, which is mainly accounted to a difference in the water content. This difference can be measured by a microwave-based sensing technique called microwave reflectometry. Previously reported microwave-based skin measurements largely relied on standard open-ended waveguide probes that are not suitable for early-stage skin tumor diagnosis. Thus, alternative near-field probe designs based on micromachined dielectric-rod waveguides are presented here. The thesis focuses on a broadband microwave probe that operates in the W-band (75 to 110 GHz), with a sensing depth and resolution tailored to small and shallow skin tumors, allowing a high sensitivity to early-stage malignant melanoma. Prototypes of the probe were fabricated by micromachining and characterized. For the characterization, a novel type of silicon-based hete, Malignt melanom är en av våra vanligaste cancertyper och samtidigt den farligaste typen av hudcancer. Tidig diagnosticering är avgörande för en framgångsrik behandling: 99% överlever om den upptäcks tidigt men endast 25% överlever om den upptäcks i sent skede. Denna avhandling kombinerar mikrosystemteknik, mikrovågsteknik, och biomedicinsk forskning för att ta fram ett sensor-verktyg som hjälpmedel för tidig diagnostisering av malignt melanom. I händerna på hudläkare skulle ett sådant verktyg öka noggrannheten på diagnostiseringen, minska undersökningstiden samt antalet onödiga biopsier. Ett pålitligt och lättanvänt verktyg skulle dessutom kunna användas av icke-specialisthälsopersonal t.ex. primärvårdspersonal eller sjuksköterskor. Eftersom många sjukvårdssystem har brist på hudläkare skulle detta möjliggöra att fler patienter får tillgång till tidig undersökning. De dielektriska egenskaperna hos tumörvävnad skiljer sig från hälsosam vävnad vilket huvudsakligen beror på skillnad i vattenhalten. Denna skillnad kan mätas med en mikrovågsbaserad sensorteknik som kallas mikrovågsreflektometri. Tidigare mikrovågsbaserade hudmätningar har i huvudsak förlitat sig på vanliga öppna vågledarprober som inte är lämpliga för att upptäcka hudtumörer i tidigt stadium. I denna avhandling presenteras därför alternativa designer av s.k. närfälts-prober, baserade på mikrotillverkade dielektriska stångvågledare. Avhandlingen fokuserar på en bredbandsprob som arbetar i W-bandet, dvs. 75 till 110 GHz. Dess sensordjup och upplösning är skräddarsydda för små och grunda hudtumörer för att uppnå en hög känslighet för malignt melanom i tidigt stadium. Prototyper av proben framställdes genom mikrotillverkning och karakteriserades med vävnadsliknande material. Det vävnadsliknande materialet specialutvecklades för ändamålet och baseras på en ny typ av kiselbaserade heterogena material med skräddarsydd permittivitet. Sondens prestanda utvärderades dessutom in vivo. Genom mätningar på frivilliga, QC 20190603

The FSSCat mission is a two nano-satellite Earth Observation mission based on 6-unit CubeSats. This paper is focused on the description of one of the remote sensing payloads: the Flexible Microwave Payload 2 (FMPL-2), on board the 3 Cat-5/A. The payload design is based on a Software Defined Radio, aiming to demonstrate the capabilities of nano-satellites to provide valuable scientific data. Two different instruments are integrated into a single payload: a multi-constellation (GPS and Galileo) Global Navigation Satellite System Reflectometer (GNSS-R), and a Total Power Radiometer (TPR) with Radio Frequency Interference (RFI) detection and mitigation capabilities. This paper presents the payload design, and the tests conducted during the qualification campaign., This work was supported by the ESA S3 challenge award (FSSCat project) 2017 Copernicus Masters overall winner, by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness, by the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities, ”Sensing with Pioneering Opportunistic Techniques”, grant RTI2018-099008-B-C21, by the Unidad de Excelencia Maria de Maeztu MDM-2016-0600, and by the ICREA Academia award by the Generalitat de Catalunya., Peer Reviewed, Postprint (published version)

Malignant melanoma is one of the cancers with the highest incident rates. It is also the most dangerous skin cancer type and an early diagnosis is crucial for the successful treatment of malignant melanoma patients. If it is diagnosed and treated at an early stage, the survival rate for patients is 99%, however, this is reduced to only 25% if diagnosed at a later stage. The work in this thesis combines microsystem technology, microwave engineering and biomedical engineering to develop a sensing tool for early-stage malignant melanoma diagnostics. Such a tool could not only increase the clinical accuracy of malignant melanoma diagnosis, but also reduce the time needed for examination, and lower the number of unnecessary biopsies. Furthermore, a reliable and easy-to-use tool can enable non-specialist healthcare personnel, including primary care physicians or nurses, to perform a prescreening for malignant melanoma with a high sensitivity. Consequently, a large number of patients could receive a timely examination despite the shortage of dermatologists, which exists in many healthcare systems. The dielectric properties of tumor tissue differ from healthy tissue, which is mainly accounted to a difference in the water content. This difference can be measured by a microwave-based sensing technique called microwave reflectometry. Previously reported microwave-based skin measurements largely relied on standard open-ended waveguide probes that are not suitable for early-stage skin tumor diagnosis. Thus, alternative near-field probe designs based on micromachined dielectric-rod waveguides are presented here. The thesis focuses on a broadband microwave probe that operates in the W-band (75 to 110 GHz), with a sensing depth and resolution tailored to small and shallow skin tumors, allowing a high sensitivity to early-stage malignant melanoma. Prototypes of the probe were fabricated by micromachining and characterized. For the characterization, a novel type of silicon-based hete, Malignt melanom är en av våra vanligaste cancertyper och samtidigt den farligaste typen av hudcancer. Tidig diagnosticering är avgörande för en framgångsrik behandling: 99% överlever om den upptäcks tidigt men endast 25% överlever om den upptäcks i sent skede. Denna avhandling kombinerar mikrosystemteknik, mikrovågsteknik, och biomedicinsk forskning för att ta fram ett sensor-verktyg som hjälpmedel för tidig diagnostisering av malignt melanom. I händerna på hudläkare skulle ett sådant verktyg öka noggrannheten på diagnostiseringen, minska undersökningstiden samt antalet onödiga biopsier. Ett pålitligt och lättanvänt verktyg skulle dessutom kunna användas av icke-specialisthälsopersonal t.ex. primärvårdspersonal eller sjuksköterskor. Eftersom många sjukvårdssystem har brist på hudläkare skulle detta möjliggöra att fler patienter får tillgång till tidig undersökning. De dielektriska egenskaperna hos tumörvävnad skiljer sig från hälsosam vävnad vilket huvudsakligen beror på skillnad i vattenhalten. Denna skillnad kan mätas med en mikrovågsbaserad sensorteknik som kallas mikrovågsreflektometri. Tidigare mikrovågsbaserade hudmätningar har i huvudsak förlitat sig på vanliga öppna vågledarprober som inte är lämpliga för att upptäcka hudtumörer i tidigt stadium. I denna avhandling presenteras därför alternativa designer av s.k. närfälts-prober, baserade på mikrotillverkade dielektriska stångvågledare. Avhandlingen fokuserar på en bredbandsprob som arbetar i W-bandet, dvs. 75 till 110 GHz. Dess sensordjup och upplösning är skräddarsydda för små och grunda hudtumörer för att uppnå en hög känslighet för malignt melanom i tidigt stadium. Prototyper av proben framställdes genom mikrotillverkning och karakteriserades med vävnadsliknande material. Det vävnadsliknande materialet specialutvecklades för ändamålet och baseras på en ny typ av kiselbaserade heterogena material med skräddarsydd permittivitet. Sondens prestanda utvärderades dessutom in vivo. Genom mätningar på frivilliga, QC 20190603

Malignant melanoma is one of the cancers with the highest incident rates. It is also the most dangerous skin cancer type and an early diagnosis is crucial for the successful treatment of malignant melanoma patients. If it is diagnosed and treated at an early stage, the survival rate for patients is 99%, however, this is reduced to only 25% if diagnosed at a later stage. The work in this thesis combines microsystem technology, microwave engineering and biomedical engineering to develop a sensing tool for early-stage malignant melanoma diagnostics. Such a tool could not only increase the clinical accuracy of malignant melanoma diagnosis, but also reduce the time needed for examination, and lower the number of unnecessary biopsies. Furthermore, a reliable and easy-to-use tool can enable non-specialist healthcare personnel, including primary care physicians or nurses, to perform a prescreening for malignant melanoma with a high sensitivity. Consequently, a large number of patients could receive a timely examination despite the shortage of dermatologists, which exists in many healthcare systems. The dielectric properties of tumor tissue differ from healthy tissue, which is mainly accounted to a difference in the water content. This difference can be measured by a microwave-based sensing technique called microwave reflectometry. Previously reported microwave-based skin measurements largely relied on standard open-ended waveguide probes that are not suitable for early-stage skin tumor diagnosis. Thus, alternative near-field probe designs based on micromachined dielectric-rod waveguides are presented here. The thesis focuses on a broadband microwave probe that operates in the W-band (75 to 110 GHz), with a sensing depth and resolution tailored to small and shallow skin tumors, allowing a high sensitivity to early-stage malignant melanoma. Prototypes of the probe were fabricated by micromachining and characterized. For the characterization, a novel type of silicon-based hete, Malignt melanom är en av våra vanligaste cancertyper och samtidigt den farligaste typen av hudcancer. Tidig diagnosticering är avgörande för en framgångsrik behandling: 99% överlever om den upptäcks tidigt men endast 25% överlever om den upptäcks i sent skede. Denna avhandling kombinerar mikrosystemteknik, mikrovågsteknik, och biomedicinsk forskning för att ta fram ett sensor-verktyg som hjälpmedel för tidig diagnostisering av malignt melanom. I händerna på hudläkare skulle ett sådant verktyg öka noggrannheten på diagnostiseringen, minska undersökningstiden samt antalet onödiga biopsier. Ett pålitligt och lättanvänt verktyg skulle dessutom kunna användas av icke-specialisthälsopersonal t.ex. primärvårdspersonal eller sjuksköterskor. Eftersom många sjukvårdssystem har brist på hudläkare skulle detta möjliggöra att fler patienter får tillgång till tidig undersökning. De dielektriska egenskaperna hos tumörvävnad skiljer sig från hälsosam vävnad vilket huvudsakligen beror på skillnad i vattenhalten. Denna skillnad kan mätas med en mikrovågsbaserad sensorteknik som kallas mikrovågsreflektometri. Tidigare mikrovågsbaserade hudmätningar har i huvudsak förlitat sig på vanliga öppna vågledarprober som inte är lämpliga för att upptäcka hudtumörer i tidigt stadium. I denna avhandling presenteras därför alternativa designer av s.k. närfälts-prober, baserade på mikrotillverkade dielektriska stångvågledare. Avhandlingen fokuserar på en bredbandsprob som arbetar i W-bandet, dvs. 75 till 110 GHz. Dess sensordjup och upplösning är skräddarsydda för små och grunda hudtumörer för att uppnå en hög känslighet för malignt melanom i tidigt stadium. Prototyper av proben framställdes genom mikrotillverkning och karakteriserades med vävnadsliknande material. Det vävnadsliknande materialet specialutvecklades för ändamålet och baseras på en ny typ av kiselbaserade heterogena material med skräddarsydd permittivitet. Sondens prestanda utvärderades dessutom in vivo. Genom mätningar på frivilliga, QC 20190603

Malignant melanoma is one of the cancers with the highest incident rates. It is also the most dangerous skin cancer type and an early diagnosis is crucial for the successful treatment of malignant melanoma patients. If it is diagnosed and treated at an early stage, the survival rate for patients is 99%, however, this is reduced to only 25% if diagnosed at a later stage. The work in this thesis combines microsystem technology, microwave engineering and biomedical engineering to develop a sensing tool for early-stage malignant melanoma diagnostics. Such a tool could not only increase the clinical accuracy of malignant melanoma diagnosis, but also reduce the time needed for examination, and lower the number of unnecessary biopsies. Furthermore, a reliable and easy-to-use tool can enable non-specialist healthcare personnel, including primary care physicians or nurses, to perform a prescreening for malignant melanoma with a high sensitivity. Consequently, a large number of patients could receive a timely examination despite the shortage of dermatologists, which exists in many healthcare systems. The dielectric properties of tumor tissue differ from healthy tissue, which is mainly accounted to a difference in the water content. This difference can be measured by a microwave-based sensing technique called microwave reflectometry. Previously reported microwave-based skin measurements largely relied on standard open-ended waveguide probes that are not suitable for early-stage skin tumor diagnosis. Thus, alternative near-field probe designs based on micromachined dielectric-rod waveguides are presented here. The thesis focuses on a broadband microwave probe that operates in the W-band (75 to 110 GHz), with a sensing depth and resolution tailored to small and shallow skin tumors, allowing a high sensitivity to early-stage malignant melanoma. Prototypes of the probe were fabricated by micromachining and characterized. For the characterization, a novel type of silicon-based hete, Malignt melanom är en av våra vanligaste cancertyper och samtidigt den farligaste typen av hudcancer. Tidig diagnosticering är avgörande för en framgångsrik behandling: 99% överlever om den upptäcks tidigt men endast 25% överlever om den upptäcks i sent skede. Denna avhandling kombinerar mikrosystemteknik, mikrovågsteknik, och biomedicinsk forskning för att ta fram ett sensor-verktyg som hjälpmedel för tidig diagnostisering av malignt melanom. I händerna på hudläkare skulle ett sådant verktyg öka noggrannheten på diagnostiseringen, minska undersökningstiden samt antalet onödiga biopsier. Ett pålitligt och lättanvänt verktyg skulle dessutom kunna användas av icke-specialisthälsopersonal t.ex. primärvårdspersonal eller sjuksköterskor. Eftersom många sjukvårdssystem har brist på hudläkare skulle detta möjliggöra att fler patienter får tillgång till tidig undersökning. De dielektriska egenskaperna hos tumörvävnad skiljer sig från hälsosam vävnad vilket huvudsakligen beror på skillnad i vattenhalten. Denna skillnad kan mätas med en mikrovågsbaserad sensorteknik som kallas mikrovågsreflektometri. Tidigare mikrovågsbaserade hudmätningar har i huvudsak förlitat sig på vanliga öppna vågledarprober som inte är lämpliga för att upptäcka hudtumörer i tidigt stadium. I denna avhandling presenteras därför alternativa designer av s.k. närfälts-prober, baserade på mikrotillverkade dielektriska stångvågledare. Avhandlingen fokuserar på en bredbandsprob som arbetar i W-bandet, dvs. 75 till 110 GHz. Dess sensordjup och upplösning är skräddarsydda för små och grunda hudtumörer för att uppnå en hög känslighet för malignt melanom i tidigt stadium. Prototyper av proben framställdes genom mikrotillverkning och karakteriserades med vävnadsliknande material. Det vävnadsliknande materialet specialutvecklades för ändamålet och baseras på en ny typ av kiselbaserade heterogena material med skräddarsydd permittivitet. Sondens prestanda utvärderades dessutom in vivo. Genom mätningar på frivilliga, QC 20190603

For many malignant tumors a different microwave signature as compared to the surrounding tissue has been observed. Thus microwave measurements and imaging can potentially aid the diagnosis of malignant tumors, and a multitude of techniques and systems have been developed during the past decades. Active techniques include, e.g., the evaluation of the complex permittivity of a sample by free-space quasi-optical techniques and near-field probes, as well as imaging by microwave tomography and ultra-wideband radar. Furthermore, passive microwave imaging systems and hybrid techniques have been suggested. The most advanced systems exist for breast cancer imaging, of which several have reached the stage of clinical trials. Other application areas for microwave cancer diagnosis are tumors of the skin as well as brain tumors., Export Date: 24 October 2017; Book Chapter; Correspondence Address: Töpfer, F.; KTH Royal Institute of TechnologySweden .QC 20171205

A method for calculating the average refractive index of a sample using transmission terahertz time-domain spectroscopy in a single measurement is presented. The refractive index is derived from the analysis of the frequency-domain interference caused by Fabry-Pérot reflections in the sample through the discrete Fourier transform of the spectrum module. This approach is simple and fast (not requiring a reference measurement), improves sensitivity over direct time-domain analysis and allows the derivation of the refractive index in a specific frequency window. The method can also be used to identify unwanted reflections in the experimental setup.

In this paper, a new theoretical analysis of the four-standards line-reflect-reflect-match (LRRM) vector network-analyzer (VNA) calibration technique is presented. As a result, it is shown that the reference-impedance (to which the LRRM calibration is referred) cannot generally be defined whenever nonideal standards are used. Based on this consideration, a new algorithm to determine the on-wafer match standard is proposed that improves the LRRM calibration accuracy. Experimental verification of the new theory and algorithm using on-wafer calibrations up to 40 GHz is given., Peer Reviewed

The temperature rise in a material modifies its physical properties, particularly its dielectric permittivity. In many applications involving relatively high levels of power the electrical behavior of the different materials will change as they are heated by the radiation. For instance, the numerical codes that simulates the behavior of microwave heating processes in order to improve the design of the feeding antennas must take into account the load variations with temperature. The measurement of the changing dielectric characteristics of materials is of great interest for the industry. Previous works used completely filled waveguides near a shorting plate. The method supplied excellent results at low power levels, while the sample was not heated. When the power is risen, the field distribution of the TE/sub 10/ mode causes a non-uniform heating of the sample and the measured permittivity corresponds to an average value. In order to reduce this problem a method using a partially filled waveguide is presented. The reduced sample dimensions and its positioning into the waveguide assures a near homogeneous power distribution implying a uniform heating., Peer Reviewed, Postprint (published version)