Радиотермограф для медицины

07.12.21

Сотрудники кафедры РЛ-6 – профессор Гудков А.Г. доцент Сидоров И.А., аспиранты Чижиков С.В. и Видякин С.И., а также ряд сотрудников НИИРЛ проводят исследования, направленные на создание миниатюрного микроволнового многочастотного радиотермографа, который позволит на ранних сроках выявлять патологию внутренних органов человека, на основе измерений теплового излучения тела человека в радиочастотном диапазоне. Исследование выполняется при поддержке Российского научного фонда (проект № 19-19-00349).

Для диагностики опухолей на ранних стадиях необходимо поиск чувствительных методов и разработка инструментов, позволяющих диагностировать опухоли минимальных размеров. Невозможность раннего обнаружения является основной причиной неудач в лечении опухолей, которые начинают метастазировать при размерах менее 15 мм. Наружную температуру тела человека измеряют обычными медицинскими термометрами или инфракрасными пирометрами и тепловизорами. Измерить температуру внутри тела такими методами нельзя, так как длина волны инфракрасного излучения не позволяет излучению проникать глубоко под кожу, а введение термодатчика под кожу приводит к нарушению естественного теплового поля. Поэтому актуальной является задача совершенствования неинвазивных методов измерения внутренних температур тела человека, в частности, метода радиотермографии. Для обеспечения эффективной и информативной диагностики необходимы многоканальные приборы. В ряде случаев следует располагать информацией о внутренних температурах и динамике их изменений в нескольких точках тела одновременно и на различной глубине, что существующие приборы не могут обеспечить.

Задачей, стоящей перед учеными на заключительном этапе исследования, являлось создание многоканального многочастотного радиотермографа с применением МИС-технологий и проведение его экспериментальных исследований на специализированном стенде. В рамках выполнения проекта на данном этапе были рассмотрены вопросы микроминиатюризации многоканальных многочастотных медицинских радиотермографов, проводившейся в несколько этапов. Создание сложных технических систем требует перехода от проектирования и изготовления отдельных частей системы к комплексному проектированию всей системы. Система, созданная из оптимальных частей, не является оптимальной в целом, поэтому в данной работе описан поэтапный переход от радиотермографа на обычной элементной базе к конструктивному исполнению с использованием МИС СВЧ, что приведет к расширению его функциональных возможностей и существенному уменьшению размеров. В ходе выполнения проекта были рассмотрены вопросы повышения помехозащищенности радиотермографа за счет применения оптимальных конструкций антенн-аппликаторов. Проведены теоретические и экспериментальные исследования параметров разработанных ранее элементов МИС СВЧ для радиотермографа. Предложены структурные схемы многоканального многочастотного радиотермографа и определены пути создания его конструкции на основе МИС-технологий.

Внешний вид пятиканального радиометрического
приемника в ГИС исполнении с частичным использованием МИС

По итогу был разработан и изготовлен прототип многоканального многочастотного радиотермографа на основе монолитных интегральных схем для нахождения 3D распределения и динамики радиояркостной температуры в глубине тела человека.

СВЧ-модуль радиотермометра:
1 – циркулятор, 2 – BPF, 3 – Power detector,
4 – SPDT switch, 5 – СВЧ-разъём,
6 – термоэлектрический модуль, 7 – LPF, 8,11 – LNA,
9 – плата радиометра, 10 – датчик температуры

Учеными были проведены исследования радиотепловых полей различных частей тел человека с помощью прототипа многоканального многочастотного радиотермографа.