С.Г. Веснин1, С.В. Чижиков2, Р.В. Агандеев3, Г.А. Гудков4

1–7 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
 

Постановка проблемы. Используемые в различных конструкциях радиометрических приемников ключевые элементы должны обладать низким энергопотреблением, поскольку, если в процессе обследования миниатюрный прибор находится в тепловом контакте с телом пациента, то он может нагревать ткани пациента в исследуемой области и искажать картину поля внутренних температур пациента, что в конечном счете приводит к снижению диагностических возможностей метода микроволновой радиометрии, поэтому в процессе миниатюризации прибора необходимо в первую очередь обеспечить снижение энергопотребления радиотермометра.

Цель. Провести исследования процессов тепловыделения в радиометрическом приемнике на основе МИС технологий, а также провести оценку требований к динамическому диапазону радиометрического приемника в условиях активных помех.

Результаты. Представлены результаты экспериментального исследования процессов тепловыделения основных узлов миниатюрного микроволнового радиометра. Показано, что основными узлами, которые определяют энергопотребление радиометра, являются малошумящий усилитель и СВЧ-нагрузка, которая нагревается с помощью элемента Пельтье.

Практическая значимость. Предложен вариант снижения энергопотребления миниатюрного радиометра за счет использования источника шумового сигнала с регулируемой шумовой температурой, что приведет к повышению диагностических возможностей метода микроволновой радиометрии.

Веснин С.Г., Чижиков С.В., Агандеев Р.В., Гудков Г.А. Анализ энергопотребления ключевых элементов радиометрического приемника // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2023. Т. 15. № 1. С. 23–31. DOI: https://doi.org/10.18127/ j22250980-202301-02

1. Гуляев Ю.В., Леушин В.Ю., Гудков А.Г., Щукин С.И., Веснин С.Г., Кубланов В.С., Порохов И.О., Седанкин М.К., Сидоров И.А. Приборы для диагностики патологических изменений в организме человека методами микроволновой радиометрии // Нанотехнологии: разработка, применение. 2017. Т. 9. № 2. С. 27–45.
2. Чижиков С.В., Соловьев Ю.В. Элементная база МИС СВЧ для микроволновой радиотермометрии // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2020. Т. 12. № 2. С. 48–57.
3. Vesnin S., A. Turnbull K., Dixon J.M., Goryanin I. Modern microwave thermometry for breast cancer. Journal of Molecular Imaging & Dynamics [Online].2017, Oct. 7(2). Available: https://www.longdom.org/open-access/modern-microwave-thermometry-for-breast-cancer-2155-9937-1000136.pdf
4. Goryanin I. et al. Passive microwave radiometry in biomedical studies. Drug Discovery Today. Apr. 2020. V. 25(4). P. 757–763.
5. Toutouzas K. et al. Noninvasive detection of increased carotid artery temperature in patients with coronary artery disease predicts major cardiovascular events at one year: Results from a prospective multicenter study. Atherosclerosis. Jul. 2017. V. 262. P. 25–30.
6. Drakopoulou M. et al. The role of microwave radiometry in carotid artery disease. Diagnostic and clinical prospective. Current Opinion in Pharmacology. Apr. 2018. V. 39. P. 99–104.
7. Ravi V.M., Sharma A.K., Arunachalam K. Pre‐clinical testing of microwave radiometer and a pilot study on the screening inflammation of knee joints. Bioelectromagnetics. Jul. 2019. V. 40. № 6. P. 402–411.
8. Laskari K. et al. Joint microwave radiometry for inflammatory arthritis assessment. Rheumatology. Apr. 2020. V.59 (4). P. 839–844.
9. Tarakanov A.V. et al. Passive Microwave Radiometry as a Component of Imaging Diagnostics in Juvenile Idiopathic Arthritis. Rheumato. 2022. Т. 2. № 3. С. 55–68.
10. Tarakanov A.V., Tarakanov A.A., Vesnin, S., Efremov, V.V., Goryanin, I., Roberts N. Microwave Radiometry (MWR) temperature measurement is related to symptom severity in patients with Low Back Pain (LBP). Journal of Bodywork and Movement Therapies, 2021. V. 26. P. 548–552.
11. Tarakanov A.V., Tarakanov A.A., Vesnin S., Efremov V.V., Roberts N., Goryanin I. Influence of ambient temperature on recording of skin and deep tissue temperature in region of lumbar spine. European Journal of Molecular & Clinical Medicine. 2020. V. 7(1). P. 21–26.
12. Arunachalam K. et al. Detection of vesicoureteral reflux using microwave radiometry — system characterization with tissue phantoms. IEEE Trans. on Biomedical Engineering. Jul. 2011. V. 58. № 6. P. 1629–1636.
13. Jacobsen S., Klemetsen O., Birkelund Y. Vesicoureteral reflux in young children: a study of radiometric thermometry as detection modality using an ex vivo porcine model. Physics in Medicine & Biology. Aug. 2012. V. 57. № 17. P. 5557.
14. Crandall J.P. et al. Measurement of brown adipose tissue activity using microwave radiometry and 18F-FDG PET/CT. Journal of Nuclear Medicine. Aug. 2018. V. 59. № 8. P. 1243–1248.
15. Levshinskii V. et al. Using AI and passive medical radiometry for diagnostics (MWR) of venous diseases. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2022. V. 215. P. 106611.
16. Osmonov B., Ovchinnikov L., Galazis C., Emilov B., Karaibragimov M., Seitov M., Goryanin, I. Passive Microwave Radiometry for the Diagnosis of Coronavirus Disease 2019 Lung Complications in Kyrgyzstan. Diagnostics. 2021. V. 11(2). P. 259.
17. Kaprin A.D. et al. Microwave radiometry in the diagnosis of various urological diseases. Biomedical Engineering. Jul. 2019. V. 53. № 2. P. 87–91.
18. Ivanov Y.D. et al. Use of microwave radiometry to monitor thermal denaturation of albumin. Frontiers in physiology. Jul. 2018.
    V. 9. P. 1–5.
19. Ivanov Y.D. et al. The Registration of a biomaser-like effect in an enzyme system with an RTM Sensor. Journal of Sensors [Online]. V. 2019.
20. Goryanin I. et al. Monitoring Protein Denaturation of Egg White Using Passive Microwave Radiometry (MWR). Diagnostics. 2022. Т. 12. № 6. С. 1498.
21. Ivanov Y.D. et al. The Registration of a Biomaser-Like Effect in an Enzyme System with an RTM Sensor. Journal of Sensors. 2019. Т. 2019. Available: https://www.hindawi.com/journals/js/2019/7608512/
22. Zinovyev S.V. New medical technology–functional microwave thermography: experimental study. Presented at the 2nd International Symposium on Physics, Engineering and Technologies for Biomedicine, KnE Energy & Physics. P. 547–555.
23. Shevelev O.А., Petrova M., Smolensky A., Osmonov B., Toimatov S., Kharybina T., Goryanin I. Using medical microwave radiometry for brain temperature measurements. Drug Discovery Today. 2021.
24. Shevelev O.A., Petrova M.V., Saidov S.K., Gudkov A.G., Agasieva S.V., Gorlacheva E.N., Vesnin S.G. Therapeutic Hypothermia Systems. Biomed. Eng. 2021. V. 54. P. 397–401.
25. Cheboksarov D.V. et al. Diagnostic opportunities of noninvasive brain thermomonitoring. Anesteziologiia i reanimatologiia. 2015. V. 60. № 1. P. 66–69.
26. Shevelev O.A. et al. Study of Brain Circadian Rhythms in Patients with Chronic Disorders of Consciousness and Healthy Individuals Using Microwave Radiometry. Diagnostics. 2022. V. 12. № 8. P. 1777.
27. Groumpas E. et al. Real-time passive brain monitoring system using near-field microwave radiometry. IEEE Trans. on Biomedical Engineering. Apr. 2019. V. 67. № 1. P. 158–165.
28. Kublanov V. S., Borisov V. I. Biophysical evaluation of microwave radiation for functional research of the human brain. EMBEC & NBC 2017. Springer, Singapore. 2017. P. 1045–1048.
29. Vesnin S.G. et al. Portable microwave radiometer for wearable devices. Sensors and Actuators A: Physical. 2021. V. 318. P. 112506.
30. Gudkov A.G. et al. A portable microwave radiometer for proximal measurement of soil permittivity. Computers and Electronics in Agriculture. 2022. V. 198. P. 107076.
31. Sidorov I.A. et al. Measurement and 3D Visualization of the Human Internal Heat Field by Means of Microwave Radiometry. Sensors. 2021. V. 21. № 12. P. 4005.