М.К. Седанкин1, С.Г. Веснин2, А.Г. Гудков3, К.В. Журавлёва4, В.Ю. Леушин5, И.А. Сидоров6, С.В. Чижиков7, В.Э. Пчелинцев8

1–3, 5–8 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

1 ФГБУ ГНЦ ФМБЦ им. А.И. Бурназяна ФМБА России (Москва, Россия)

4 Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт» (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Сегодня инсульт головного мозга становится основной проблемой неврологии. Согласно статистике, в России в последнее время сложилась крайне тревожная ситуация: ежегодно умирают более 2 млн человек, при этом происходит почти 500 тысяч инсультов в год, а смертность составляет 25 %. В настоящее время в медицинской практике особое внимание уделяется исследованиям головного мозга методом микроволновой радиотермометрии, поскольку они актуальны при мониторинге динамики функциональных нарушений, а также диагностике и терапии церебрального кровообращения, инсультов, опухолей и различных черепно-мозговых травм.

Цель работы – применение микроволновой радиотермометрии для ранней диагностики в неврологии и выбор направления дальнейших исследований.

Результаты. Рассмотрены вопросы применения и потенциала микроволновой радиотермометрии в неврологии и определены направления дальнейших исследований. Для ранней диагностики в неврологии необходимо использовать многоканальные многочастотные радиотермографы, которые позволяют визуализировать температурные распределения в тканях головного мозга быстро, эффективно, экономически выгодно в условиях простого и интуитивно понятного интерфейса пользователя.

Практическая значимость. Представленные исследования подтверждают эффективность применения микроволновой радиотермометрии в неврологии. Для усовершенствования процесса обследования и расширения диагностического диапазона метода необходимо проведение дальнейших исследований. Потенциально возможно создание многоканального и/или многочастотного радиотермографа (термоэнцефалографа) для применения в системе здравоохранения для диагностики патологии головного мозга.

Седанкин М.К., Веснин С.Г., Гудков А.Г., Журавлёва К.В., Леушин В.Ю., Сидоров И.А., Чижиков С.В., Пчелинцев В.Э. Применение микроволновой радиотермометрии в неврологии // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. T. 26. № 1. С. 60-72. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202301-07

1. Feigin V.L. et al. Global, regional, and national burden of stroke and its risk factors, 1990–2019: A systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2019 // The Lancet Neurology. 2021. V. 20. № 10. P. 795–820.
2. Пирадов М.А., Максимова М.Ю., Танашян М.М. Инсульт. пошаговая инструкция. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа». 2020. 288 с.
3. Стародубцева О.С., Бегичева С.В. Анализ заболеваемости инсультом с использованием информационных технологий // Медицинские науки. Фундаментальные исследования. 2012. № 8. С. 424–427.
4. Веснин С.Г., Седанкин М.К., Пашкова Н.А. Математическое моделирование собственного излучения головного мозга человека в микроволновом диапазоне // Биомедицинская радиоэлектроника. 2015. №. 3. С. 17–32.
5. Siores Е. et al. First in vivo application of microwave radiometry in human carotids // Journal of the American College of Cardiology. 2012. V. 59. № 18. P. 1645–1653.
6. Toutouzas K. et al. Morphological and functional assessment of carotid plaques have similar predictive accuracy for coronary artery disease // Stroke. 2013. V. 44. P. 2607–2609.
7. Шевелев О.А., Саидов Ш.Х., Смоленский А.В. Нарушения теплового баланса головного мозга при физических нагрузках и спортивных черепно-мозговых травмах // Эколого-физиологические проблемы адаптации. 2019. С. 248–249.
8. Саидов Ш.Х. и др. Нейропротективные эффекты селективной краниоцеребральной гипотермии // Жизнеобеспечение при критических состояниях. 2019. С. 98–99.
9. Shevelev O. et al. Using medical microwave radiometry for brain temperature measurements // Drug Discovery Today. 2021.V. 3. P. 881–889.
10. Gudkov A.G. et al. Studies of a microwave radiometer based on integrated circuits // Biomedical Engineering. 2020. V. 53. № 6. P. 413–416.
11. Gudkov A.G. et al. Use of multichannel microwave radiometry for functional diagnostics of the brain // Biomedical Engineering. 2019. V. 53. № 2. P. 108–111.
12. Leushin V.Yu. et al. Possibilities of increasing the interference immunity of radiothermograph applicator antennas for brain diagnostics // Sensors and Actuators A: Physical. 2022. V. 337. P. 113439.
13. Sugiura T. et al. Five-band microwave radiometer system for non-invasive measurement of brain temperature in new-born infants: system calibration and its feasibility // The 26th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE, 01-05 sept. 2004, San Francisco, CA, USA. V. 1. P. 2292–2295.
14. Kouno Y. et al. Development state of multifrequency microwave radiometer system for noninvasive measurement of infant's deep brain temperatures // 2004 Asia-Pacific Radio Science Conference. Proceedings. IEEE, 24-27 Aug. 2004. Qingdao, China P. 438–441.
15. Sedankin M. et al. Development of a miniature microwave radiothermograph for monitoring the internal brain temperature // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. V. 3 (5). P. 26–36.
16. Stauffer P.R. et al. Non-invasive measurement of brain temperature with microwave radiometry: demonstration in a head phantom and clinical case // The neuroradiology journal. 2014. V. 27. № 1. P. 3–12.
17. Rodrigues D.B. et al. Microwave radiometry for noninvasive monitoring of brain temperature // Emerging Electromagnetic Technologies for Brain Diseases Diagnostics, Monitoring and Therapy. 2018. P. 87–127.
18. Мякотных В.С., Власов А.Л. Сверхчастотная радиотермометрия в прогнозировании церебральных расстройств пожилых больных // Актуальные проблемы геронтологии. 1999. С. 108–112.
19. Мякотных В.С., Власов А.Л. Сверхвысокочастотная радиотермография в прогнозировании церебральных сосудистых расстройств // Актуальные проблемы геронтологии и гериатрии. Сборник статей и тезисов научно-практической конференции. Н.-Новгород. 1999. С. 117–118.
20. Азин А.Л., Власов А.П., Мякотных В.С. Радиотермографическое изучение смерти мозга и церебральной ишемии // Ишемия мозга: Междунар. симпозиум. СПб. 1997. С. 214.
21. Власов А.Л. Динамическая сверхвысокочастотная радиотермография головного мозга в норме и при ишемических состояниях: Автореф. дисс. канд.мед.наук. Пермь. 2000. 27 с.
22. Азин А.Л., Кубланов В.С. Метод глубинной СВЧ-радиотермографии для изучения патогенеза головной боли // Сб. трудов «Медицинское обслуживание ветеранов войн». Екатеринбург: УИФ «Наука». 1995. С. 27–36.
23. Микроволновая термометрия как дополнительный диагностический инструментальный критерий перикраниальных и шейных мышечно-суставных нарушений при синдроме хронической головной боли: Методические рекомендации. M.: Министерство Здравоохранения РФ. Государственный научный центр лазерной медицины. 2003. [Элетронный ресурс] http://www.resltd.ru/rus/literature/med_recom/med_recom.htm – 19.11.2022.
24. Колесов С.Н. Полидиапазонная пассивная локация теплового излучения человека в диагностике поражений центральной и периферической нервной системы // Рос. АМН НИИ, нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко: Автореф. дисс. докт. мед. наук. М. 1993. 49 с
25. Седанкин М.К. Антенны-аппликаторы для радиотермометрического исследования тепловых полей внутренних тканей биологического объекта: Дис. канд. техн. наук. М. 2013. 247 с.
26. Анзимиров В.Л. и др. Современные возможности и перспективы нейротепловидения // Биомедицинская радиоэлектроника. 2010. № 3. С. 49–54.
27. Sedankin M.K. et al. System of rational parameters of antennas for designing a multi-channel multi-frequency medical radiometer // 2020 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE). IEEE. 2020. P. 154–159.
28. Sedankin M. et al. Development and optimization of an ultra wideband miniature medical antenna for radiometric multi-channel multi-frequency thermal monitoring // EUREKA: Physics and Engineering. 2020. V. 6. P. 71–81.
29. Andreuccetti D., Fossi R., Petrucci C. An Internet resource for the calculation of the dielectric properties of body tissues in the frequency range 10 Hz-100 GHz. IFAC-CNR, Florence (Italy), 1997. Based on data published by C. Gabriel et al. in 1996. [Online]. http://niremf.ifac.cnr.it/tissprop/-10.07.2022
30. Drossos A., Santomaa V., Kuster N. The dependence of electromagnetic energy absorption upon human head tissue composition in the frequency range of 300-3000 MHz // IEEE transactions on microwave theory and techniques. 2000. V. 48. № 11. P. 1988–1995.
31. Streeter R. et al. Correlation radiometry for subcutaneous temperature measurements // IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology. 2021. V. 6. № 2. P. 230–237.
32. Shimosegawa E. et al. Metabolic penumbra of acute brain infarction: a correlation with infarct growth // Ann. Neurol. 2005. V. 57. P. 495–504.
33. Schmid G., Neubauer G., Mazal P.R. Dielectric properties of human brain tissue measured less than 10 h postmortem at frequencies from 800 to 2450 MHz // Bioelectromagnetics: Journal of the Bioelectromagnetics Society, The Society for Physical Regulation in Biology and Medicine, The European Bioelectromagnetics Association. 2003. V. 24. № 6. P. 423–430.
34. Velan B. et al. Design of microwave wideband antenna for brain tumor imaging applications // 2021 International Conference on Artificial Intelligence and Smart Systems (ICAIS). IEEE. 2021. P. 906–910.
35. Raihan R. et al. A wearable microstrip patch antenna for detecting brain cancer // 2017 IEEE 2nd International Conference on Signal and Image Processing (ICSIP) IEEE. 2017. P. 432–436.
36. Saleeb D.A. et al. A technique for the early detection of brain cancer using circularly polarized reconfigurable antenna array // IEEE Access. 2021. V. 9. P. 133786–133794.
37. Mohammed B.J., Abbosh A.M., Ireland D. Stroke detection based on variations in reflection coefficients of wideband antennas // Proceedings of the 2012 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation. 2012. P. 1–2.
38. Fedeli A. et al. Nonlinear S-parameters inversion for stroke imaging // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2020. V. 69. № 3. P. 1760–1771.
39. Ireland D., Bialkowski M. Microwave head imaging for stroke detection // Progress In Electromagnetics Research. 2011.
    V. 21. P. 163–175.
40. Седанкин М.К. Диагностическая конформная система для нейровизуализации головного мозга с использованием многоканального радиотермометра на основе монолитных интегральных схем // Нанотехнологии: разработка, применение. 2020. Т. 12. № 1. С. 5–12.
41. Vesnin S.G. et al. Portable microwave radiometer for wearable devices // Sensors and Actuators A: Physical. 2021. V. 318. P. 112506.