М. К. Седанкин1, С. Г. Веснин2, В. Ю. Леушин3, С. В. Агасиева4, И. О. Порохов5, А. Г. Гудков6, А. А. Меркулов7, С. В. Чижиков8
1–5 Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (Москва, Россия)
6, 8 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
7 МИРЭА – Российский технологический университет (Москва, Россия)
8 ООО «НПИ фирма «ГИПЕРИОН» (Москва, Россия)

1 msedankin@yandex.ru, 2 vesnin47@gmail.com, 7 merkulov@mirea.ru

Постановка проблемы. Ключевым элементом медицинского микроволнового радиотермографа является приемная антенна, во многом определяющая его эффективность и диагностические возможности. Выпускаемые в настоящее время медицинские радиотермографы являются одноканальными и одночастотными устройствами. Для повышения эффективности диагностики необходимо располагать информацией о внутренних температурах в нескольких точках исследуемого органа одновременно. Поверхность тела может иметь сложную форму (голова, суставы и т.д.), поэтому для обеспечения эффективного приема собственного излучения тела необходима многоканальная конформная антенная решетка, соответствующая форме тела.

Цель. Выполнить анализ современного состояния исследований в области создания антенн и антенных решеток для медицинских радиотермографов, сформировать технические требования к конформным антенным решеткам с точки зрения повышения эффективности выявления тепловых аномалий биологических тканей и разработать рекомендации по выбору оптимальной конструкции конформной антенной решетки.

Результаты. Исследованы конструктивные особенности антенн и конформных антенных решеток для микроволновой радиотермометрии. Представлены основные характеристики антенн. Рассмотрены научно-технические барьеры, требующие преодоления для дальнейшего развития этого направления. Сформулированы технические требования к конформным антенным решеткам, и предложена конструкция конформной антенной решетки, состоящей из текстильных и резиноподобных материалов.

Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы в качестве научно-технического задела для проектирования медицинских микроволновых радиотермографов нового поколения.

1. Groumpas E.I., Koutsoupidou M., Karanasiou I.S. Biomedical passive microwave imaging and sensing: current and future trends (Bioelectromagnetics) // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2022. V. 64. № 6. P. 84–111.
2. Sedankin M.K., et al. System of rational parameters of antennas for designing a multi-channel multi-frequency medical radiometer // International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE). Saratov, Russia. 2020. P. 154–159.
3. Веснин С.Г. и др. Печатная антенна со встроенным инфракрасным датчиком температуры для медицинского многоканального микроволнового радиотермографа // Медицинская техника. 2020. № 4. С. 4–7.
4. Lee J.W., et al. Experimental investigation of the mammary gland tumor phantom for multifrequency microwave radiothermometers // Medical & Biological Engineering & Computing. 2004. V. 42. № 5. P. 581–590.
5. Sedelnikov Y.E., Potapova O.V., Sadykov A.R., Skachkov V.A. Focused antennas in contact radiothermometry applications // Journal of Radio Electronic. 2021. № 3. P. 1–26.
6. Oikonomou A., Karanasiou I., Uzunoglu N. Phased-array near field radiometry for brain intracranial applications // Progress In Electromagnetics Research. 2010. V. 109. P. 345–360.
7. Tofighi M.R., Pardeshi J.R. Interference enhanced biomedical antenna for combined heating and radiometry application // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017. V. 16. P. 1895–1898.
8. Issac J.P., Arunachalam K. Enhancing sensing depth and measurement sensitivity of microwave tissue thermometry using near-field active array probe // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2024. V. 72. № 5. P. 3200–3209.
9. Агасиева С.В. и др. Конформная медицинская антенна на основе гибкой подложки // Медицинская техника. 2022. № 6 (336). С. 1–4.
10. Патент № 2673103 РФ. Текстильная антенна для микроволновой радиотермометрии / С.Г. Веснин, М.К. Седанкин, Х.Ш. Тахир, С. Навнит. Опубл. 22.11.2018. Бюл. № 33.
11. Веснин С.Г. и др. Построение гибких конформных антенн для измерения собственного излучения головного мозга // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2022. Т. 14. № 4. С. 5–18.
12. Rodrigues D.B., et al. Microwave radiometry for noninvasive monitoring of brain temperature in Emerging electromagnetic technologies for brain diseases diagnostics, monitoring and therapy. Springer Int. Publishing. 2018. P. 87–127.
13. Salvado R., et al. Textile materials for the design of wearable antennas: a survey // Sensors. 2012. № 12. P. 15841–15857.
14. Locher I., et al. Design and characterization of purely textile patch antennas // IEEE Transactions on Advanced Packaging. 2006. V. 29. P. 777–788.
15. Patent № 2005235482 US. Method for constructing antennas from textile fabrics and components / M.A. Deaett, W.H. Weedon III. Pub. 27.11.2005.
16. Sedankin M.K., Chupina D.N., Nelin I.V., Skuratov V.A. Development of patch textile antenna for medical robots // 2018 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering. 2018. P. 413–420.
17. Babar A.A., et al. Performance of high-permittivity ceramic-polymer composite as a substrate for UHF RFID tag antennas // International journal of antennas and propagation. V. 2012. Article ID 905409. P. 1–8.
18. Веснин С.Г. и др. Повышение помехозащищенности печатных антенн для многоканального микроволнового радиотермографа // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2023. Т. 15. № 4. С. 20–24.
19. Веснин С.Г. и др. Влияние геометрических размеров антенн-аппликаторов для микроволновой радиотермометрии на результаты измерения радиояркостной температуры // Медицинская техника. 2023. № 3 (339). С. 25–28.
20. Перегонов С.А., Криворучко В.И., Орлов Ю.А. ФАР для антенны-аппликатора радиотермографа органов тела человека // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2023. Вып. 2 (558). С. 6–22.
21. Седанкин М.К. и др. Выбор каналов и частотных диапазонов многоканального многочастотного медицинского радиотермографа // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2023. Т. 15. № 4. С. 5–19.