Диагностическая конформная система для нейровизуализации головного мозга с использованием многоканального радиотермометра на основе монолитных интегральных схем

М.К. Седанкин; С.Г. Веснин; В.Ю. Леушин; С.В. Агасиева; С. В. Чижиков; В.В. Назаров; Л.Ю. Мершин; А.А. Коновалова; И.В. Нелин; В.А. Скуратов

doi:10.18127/j22250980-202001-05

Диагностическая конформная система для нейровизуализации головного мозга с использованием многоканального радиотермометра на основе монолитных интегральных схем

М.К. Седанкин¹, С.Г. Веснин², В.Ю. Леушин³, С.В. Агасиева⁴, С. В. Чижиков⁵, В.В. Назаров⁶, Л.Ю. Мершин⁷, А.А. Коновалова⁸, И.В. Нелин⁹, В.А. Скуратов¹⁰

научная статья УДК 615.471 Страницы: 43-61 doi.org/10.18127/j22250980-202001-05

¹ к.т.н., ст. науч. сотрудник, НИИ радиоэлектроники и лазерной техники, МГТУ им. Н.Э. Баумана; ФГБУ ГНЦ РФ «Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна» ФМБА России
² к.т.н., ст. науч. сотрудник, НИИ радиоэлектроники и лазерной техники, МГТУ им. Н.Э. Баумана; гл. конструктор, ООО «РТМ Диагностика» (Москва)
³ к.т.н., ст. науч. сотрудник, НИИ радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана; зам. генерального директора, ООО «НПИ ФИРМА «ГИПЕРИОН» (Москва)
⁴ к.т.н., доцент, Российский университет дружбы народов (Москва); ст. науч. сотрудник, НИИ радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана
⁵ аспирант, МГТУ им. Н.Э. Баумана; мл. науч. сотрудник, НИИ радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана; техник, ЦМИТ «Куб» (Москва)
⁶ к.т.н., доцент, МГТУ им. Н.Э. Баумана
⁷ студент, кафедра оптических и биотехнических систем и технологий, ФГБУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»; мл. науч. сотрудник, ФГБУ ГНЦ РФ «Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна» ФМБА России (Москва)
⁸ аспирант, кафедра оптических и биотехнических систем и технологий, ФГБУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет»
⁹ к.т.н., доцент, кафедра «Радиолокация, радионавигация и бортовое радиоэлектронное оборудование», Московский авиационный институт
¹⁰ науч. сотрудник, АО «Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники» (Москва)

Ключевые слова: Нейрошлем конформная антенная система микроволновая радиотермометрия нейровизуализация головного мозга

Аннотация

Постановка проблемы. Проведение исследований в области радиометрии и разработка конформной диагностической системы (нейрошлема) на основе многоканального радиотермометра, разработанного с использованием монолитных интегральных схем и предназначенного для работы в широкой полосе частот 3,4-4,2 ГГц, позволит создать новый прибор, обеспечивающий повышение эффективности функциональной диагностики головного мозга.

Цель работы – разработать принципы построения диагностической конформной антенной системы для нейровизуализации головного мозга.

Результаты. Разработаны принципы построения конформной диагностической системы (нейрошлема) на основе многоканального радиотермометра с использованием монолитных интегральных схем, а также печатные щелевые антенны на базе гибкого диэлектрического материала, используемого в производстве печатных плат. Антенны соединены с миниатюрным радиотермометром, который размещается в центре антенной системы. Переключение антенн осуществляется с помощью переключателя, интегрированного с радиотермометром в едином модуле. Конформная многоканальная антенная система обеспечивает надежное прилегание гибких антенн к голове человека.

Практическая значимость. Проведенные исследования показали возможность использования многоканальной микроволновой радиотермометрии для выявления заболеваний головного мозга. Метод позволяет выявлять тепловые аномалии головного мозга и проводить его термомониторинг. Заложены основы для создания многоканального микроволнового радиотермометра с использованием монолитных интегральных схем.

Для цитирования

Седанкин М.К., Веснин С.Г., Леушин В.Ю., Агасиева С.В., Чижиков С.В., Назаров В.В., Мершин Л.Ю., Коновалова А.А., Нелин И.В., Скуратов В.А. Диагностическая конформная система для нейровизуализации головного мозга с использованием многоканального радиотермометра на основе монолитных интегральных схем // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. 2020. № 1. С. 43–61. DOI: https://doi.org/10.18127/j22250980-202001-05

Список источников

Мачинский П.А. и др. Сравнительная характеристика показателей заболеваемости ишемическим и геморрагическим инсультом в России // Изв. вузов. Поволжский регион. Медицинские науки. 2019. № 2 (50). C. 112–132.
Гудков А.Г., Леушин В.Ю., Сидоров И.А., Веснин С.Г., Седанкин М.К. и др. Информационно-измерительные и управляющие радиоэлектронные системы и комплексы: Монография / Под. ред. В.С. Вербы. М.: Радиотехника. 2020. 490 с., ил. (Науч. серия «Труды научных школ АО «Концерн «Вега»).
Гудков А.Г., Леушин В.Ю., Агасиева С.В. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Кн. 3 / Под ред. В.Н. Вьюгинова, А.Г. Гудкова и В.В. Попова. М.: ООО НТП «Вираж-Центр». 2016. 252 с.
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.
Веснин С.Г., Седанкин М.К. Сравнение микроволновых антенн-аппликаторов медицинского назначения // Биомедицинская радиоэлектроника . 2012. № 10 . С. 63–74.
Седанкин М.К., Леушин В.Ю., Гудков А.Г., Веснин С.Г., Сидоров И.А., Агасиева С.В., Маркин А.В. Математическое моделирование теплообменных процессов в молочной железе при наличии злокачественной опухоли // Медицинская техника . 2018. № 3 С (309). С. 33–36.
Sedankin M., Chupina D., Vesnin S., Nelin I., Skuratov V. Development of a miniature microwave radiothermograph for monitoring the internal brain temperature // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2018. № 3 (5). P. 26–36.
Chupina D.N., Sedankin, M.K., Vesnin S.G. Application of modern technologies of mathematical simulation for the development of medical equipment // In 2017 IEEE 11th International Conference on Application of Information and Communication Technologies (AICT). P. 1–5.
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 – XXI век. 2017. № 2. С. 27–45.
Седанкин М.К., Леушин В.Ю., Гудков А.Г., Веснин С.Г., Сидоров И.А., Агасиева С.В., Овчинников Л.М., Ветрова Н.А. Антенныаппликаторы для медицинских микроволновых радиотермографов // Медицинская техника. 2018. Т. 4. № 310. С. 13–15.
Седанкин М.К., Леушин В.Ю., Гудков А.Г., Веснин С.Г., Хромов Д.А., Порохов И.О., Сидоров И.А., Агасиева С.В, Горлачева Е.Н. Математическое моделирование собственного теплового излучения почки в микроволновом диапазоне // Медицинская техника. 2019. № 1. С. 44–47.
Седанкин М.К., Гудков А.Г., Леушин В.Ю., Веснин С.Г., Сидоров И.А., Чупина Д.Н., Агасиева С.В., Скуратов В.А., Чижиков С.В. Микроволновая радиотермометрия органов малого таза // Медицинская техника. 2019. № 4. С. 45–49.
Бутров А.В., Шевелев О.А., Чебоксаров Д.В. Тепловой баланс мозга при церебральных катастрофах и коррекция его нарушений методом терапевтической гипотермии. М.: ООО «Медиамед». 2014. 14 с.
Шевелев О.А. и др. Возможности краниоцеребральной гипотермии и радиотермокартирования для диагностики и лечения острого нарушения мозгового кровообращения // Здоровье и образование в XXI веке. 2014. Т.16. № 2. С. 42–43.
Mobashsher A.T., Abbosh A.M. On-site rapid diagnosis of intracranial hematoma using portable multi-slice microwave imaging system // Scientific Reports.6:37620. DOI: 10.1038/srep37620. P. 1–17.
Mobashsher A.T., Abbosh A.M. Developments of tomography and radar-based head imaging systems // Proc. Inter. Symp. Antennas Propag. 2015. P. 1–3.
Официальный сайт TheAccuCorDTMS, http://www.thermimage.com/news/15 .
Патент № 2673103 (РФ). Текстильная антенна для микроволновой радиотермометрии / С.Г. Веснин, Х.Ш. Тахир, С. Навнит, М.К. Седанкин.
Sedankin M.K et. al. Development of patch textile antenna for medical robots // In 2018 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE) (P. 413–420). IEEE.
Leushin V., Chizhikov S., Vesnin S. , Sedankin M., Porokhov I., Gorbachev D., Gorlacheva E. Numerical simulation of miniature antennas applicators of microwave radiometry for diagnostics of the functional state of the brain // ITM Web of Conferences. EDP Sciences. 2019. V 30. № 13005. P. 7.
Stauffer P.R., Rodrigues D.B., Maccarini P. Utility of microwave radiometry for diagnostic and therapeutic applications of noninvasive temperature monitoring // Conference paper: IEEE Ben MAS 2014, At Philadelphia, PA. DOI: 10.13140/2.1.3762.0487.
Stauffer P.R. et al. Stable microwave radiometry system for long term monitoring of deep tissue temperature // Proc SPIE. 2013. February 26; 8584:doi:10.1117/12.2003976 [Электронный ресурс] http://proceedings.spiedigitallibrary.org/ on 04/22/2013 terms of use: http://spiedl.org/terms
Non-invasive measurement of brain temperature with microwave radiometry: demonstration in a head phantom and clinical case/ P.R. Stauffer[et al.]// The Neuroradiology Journal 27: 000-000, 2014. P. 51–60.
Vesnin S., Sedankin M., Ovchinnikov L., Leushin V., Skuratov V. et. al. Research of a microwave radiometer for monitoring of internal temperature of biological tissues // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. V. 4. № 5 (100). P. 6–15.

[1] Мачинский П.А. и др. Сравнительная характеристика показателей заболеваемости ишемическим и геморрагическим инсультом в России // Изв. вузов. Поволжский регион. Медицинские науки. 2019. № 2 (50). C. 112–132.

[2] Гудков А.Г., Леушин В.Ю., Сидоров И.А., Веснин С.Г., Седанкин М.К. и др. Информационно-измерительные и управляющие радиоэлектронные системы и комплексы: Монография / Под. ред. В.С. Вербы. М.: Радиотехника. 2020. 490 с., ил. (Науч. серия «Труды научных школ АО «Концерн «Вега»).

[3] Гудков А.Г., Леушин В.Ю., Агасиева С.В. и др. Повышение надежности и качества ГИС и МИС СВЧ. Кн. 3 / Под ред. В.Н. Вьюгинова, А.Г. Гудкова и В.В. Попова. М.: ООО НТП «Вираж-Центр». 2016. 252 с.

[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] Веснин С.Г., Седанкин М.К. Сравнение микроволновых антенн-аппликаторов медицинского назначения // Биомедицинская радиоэлектроника . 2012. № 10 . С. 63–74.

[6] Седанкин М.К., Леушин В.Ю., Гудков А.Г., Веснин С.Г., Сидоров И.А., Агасиева С.В., Маркин А.В. Математическое моделирование теплообменных процессов в молочной железе при наличии злокачественной опухоли // Медицинская техника . 2018. № 3 С (309). С. 33–36.

[7] Sedankin M., Chupina D., Vesnin S., Nelin I., Skuratov V. Development of a miniature microwave radiothermograph for monitoring the internal brain temperature // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2018. № 3 (5). P. 26–36.

[8] Chupina D.N., Sedankin, M.K., Vesnin S.G. Application of modern technologies of mathematical simulation for the development of medical equipment // In 2017 IEEE 11th International Conference on Application of Information and Communication Technologies (AICT). P. 1–5.

[9] 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 – XXI век. 2017. № 2. С. 27–45.

[10] Седанкин М.К., Леушин В.Ю., Гудков А.Г., Веснин С.Г., Сидоров И.А., Агасиева С.В., Овчинников Л.М., Ветрова Н.А. Антенныаппликаторы для медицинских микроволновых радиотермографов // Медицинская техника. 2018. Т. 4. № 310. С. 13–15.

[11] Седанкин М.К., Леушин В.Ю., Гудков А.Г., Веснин С.Г., Хромов Д.А., Порохов И.О., Сидоров И.А., Агасиева С.В, Горлачева Е.Н. Математическое моделирование собственного теплового излучения почки в микроволновом диапазоне // Медицинская техника. 2019. № 1. С. 44–47.

[12] Седанкин М.К., Гудков А.Г., Леушин В.Ю., Веснин С.Г., Сидоров И.А., Чупина Д.Н., Агасиева С.В., Скуратов В.А., Чижиков С.В. Микроволновая радиотермометрия органов малого таза // Медицинская техника. 2019. № 4. С. 45–49.

[13] Бутров А.В., Шевелев О.А., Чебоксаров Д.В. Тепловой баланс мозга при церебральных катастрофах и коррекция его нарушений методом терапевтической гипотермии. М.: ООО «Медиамед». 2014. 14 с.

[14] Шевелев О.А. и др. Возможности краниоцеребральной гипотермии и радиотермокартирования для диагностики и лечения острого нарушения мозгового кровообращения // Здоровье и образование в XXI веке. 2014. Т.16. № 2. С. 42–43.

[15] Mobashsher A.T., Abbosh A.M. On-site rapid diagnosis of intracranial hematoma using portable multi-slice microwave imaging system // Scientific Reports.6:37620. DOI: 10.1038/srep37620. P. 1–17.

[16] Mobashsher A.T., Abbosh A.M. Developments of tomography and radar-based head imaging systems // Proc. Inter. Symp. Antennas Propag. 2015. P. 1–3.

[17] Официальный сайт TheAccuCorDTMS, http://www.thermimage.com/news/15 .

[18] Патент № 2673103 (РФ). Текстильная антенна для микроволновой радиотермометрии / С.Г. Веснин, Х.Ш. Тахир, С. Навнит, М.К. Седанкин.

[19] Sedankin M.K et. al. Development of patch textile antenna for medical robots // In 2018 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE) (P. 413–420). IEEE.

[20] Leushin V., Chizhikov S., Vesnin S. , Sedankin M., Porokhov I., Gorbachev D., Gorlacheva E. Numerical simulation of miniature antennas applicators of microwave radiometry for diagnostics of the functional state of the brain // ITM Web of Conferences. EDP Sciences. 2019. V 30. № 13005. P. 7.

[21] Stauffer P.R., Rodrigues D.B., Maccarini P. Utility of microwave radiometry for diagnostic and therapeutic applications of noninvasive temperature monitoring // Conference paper: IEEE Ben MAS 2014, At Philadelphia, PA. DOI: 10.13140/2.1.3762.0487.

[22] Stauffer P.R. et al. Stable microwave radiometry system for long term monitoring of deep tissue temperature // Proc SPIE. 2013. February 26; 8584:doi:10.1117/12.2003976 [Электронный ресурс] http://proceedings.spiedigitallibrary.org/ on 04/22/2013 terms of use: http://spiedl.org/terms

[23] Non-invasive measurement of brain temperature with microwave radiometry: demonstration in a head phantom and clinical case/ P.R. Stauffer[et al.]// The Neuroradiology Journal 27: 000-000, 2014. P. 51–60.

[24] Vesnin S., Sedankin M., Ovchinnikov L., Leushin V., Skuratov V. et. al. Research of a microwave radiometer for monitoring of internal temperature of biological tissues // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2019. V. 4. № 5 (100). P. 6–15.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи