Ю.Г. Смирнов1, В.Ю. Мартынова2, А.В. Кузьмин3, В.А. Баранов4

1 Пензенский государственный технологический университет (г. Пенза, Россия)
1 mmm@pnzgu.ru, 2lynxbax@pnzgu.ru, 3 a.v.kuzmin@pnzgu.ru, 4 baranov_va2202@mail.ru

Постановка проблемы. Раннее выявление новообразований молочной железы в группах риска требует длительного мониторинга, включающего в себя регулярные обследования. Существующие методы обладают рядом недостатков, например, несут в себе лучевую нагрузку на организм и имеют недостаточную доступность для массового скрининга. По этим причинам актуальна разработка неинвазивных, безопасных и экономичных методов диагностики, основанных на различиях электрофизических свойств здоровых и патологически измененных тканей.

Цель. Определить параметры модели Гаврильяка – Негами для фантомов молочной железы при исследовании методом диэлектрической импедансной спектроскопии с целью выявления в них неоднородностей.

Результаты. Проведены экспериментальные исследования однородных и неоднородных фантомов молочной железы с различными размерами включений при использовании двухэлектродного емкостного датчика. Измерены компоненты комплексного импеданса в диапазоне частот 20 Гц – 2 МГц с помощью прецизионного RLC-метра. Разработана оригинальная методика обработки данных, основанная на аналитическом решении обратной задачи для модели Гаврильяка – Негами, с применением метода наименьших квадратов. Экспериментально подтверждена возможность обнаружения неоднородностей различных размеров в биологическом объекте при воздействии низкоуровневым синусоидальным электрическим сигналом в безопасном частотном диапазоне.

Практическая значимость. Продемонстрирована перспективность метода диэлектрической спектроскопии для создания портативных устройств обследования молочной железы. Предложенная методика расчета параметров модели объекта позволит повысить эффективность ранней диагностики за счет выявления изменений диэлектрических параметров тканей, что может быть использовано в качестве дополнительного скринингового инструмента.

Смирнов Ю.Г., Мартынова В.Ю., Кузьмин А.В., Баранов В.А. Определение параметров модели Гаврильяка – Негами для фантома молочной железы с использованием метода нелинейной оптимизации // Биомедицинская радиоэлектроника. 2026. T. 29. № 1. С. 57−61. DOI: https:// doi.org/10.18127/j156 04136-202601-11

1. Kamal A.M., Sakorikar T., Pal U.M., Pandya H.J. Engineering Approaches for Breast Cancer Diagnosis: A Review. IEEE Rev. Biomed. Eng. 2023. 16. P. 687–705. DOI: 10.1109/RBME.2022.3181700.
2. Галямов А.З., Закирова А.А., Кудашов И.А., Щукин С.И., Решетов И.В., Щербачев А.В. Метод биоимпедансной диагностики постмастэктомической лимфедемы // Биомедицинская радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 4. С. 72–78. DOI 10.18127/ j15604136-202004-10.
3. Сатаненко А.А., Кудашов И.А., Николаев А.П. Моделирование процесса выявления опухоли молочной железы при электроимпедансной спектроскопии // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. Т. 26. № 5. С. 75–84. DOI 10.18127/j15604136-202305-08.
4. Havriliak S., Negami S. A complex plane representation of dielectric and mechanical relaxation processes in some polymers. Polymer. 1967. V. 8. P. 161–210.
5. Kuzmin A., Baranov V., Pushkareva A. Signal Processing in the Problem of Breast Tumors Detection by Impedansometry Method Based on Havriliak-Negami Model. In: 2024 26th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA). Moscow. Russian Federation: IEEE. 2024. P. 1–5. DOI 10.1109/DSPA60853.2024.10510118.
6. Смирнов Ю.Г., Кузьмин А.В., Баранов В.А. Решение обратной задачи для модели Гаврильяка – Негами при обнаружении новообразований молочной железы методом импедансной спектроскопии // Изв. вузов. Поволжский регион. Сер.: Физико-математические науки. 2024. № 2(70). С. 3–12. DOI 10.21685/2072-3040-2024-2-1.