ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2018, № 7 · БИОМЕДИЦИНСКАЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Сфокусированные антенны-аппликаторы в задачах диагностической радиотермометрии

Ю.Е. Седельников1, В.С. Кубланов2, О.В. Потапова1

1 Казанский Национальный исследовательский технический университет, 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, 10, Россия
2 Уральский Федеральный университет, 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.7.4 УДК 621.369.67 : 520.8.056 EDN YABJXV

Аннотация

Статья посвящена использованию метода фокусировки в зоне ближнего излученного поля для построения антенн-аппликаторов средств медицинской контактной радиометрии. Дается анализ типовых антенн-аппликаторов, изложены основные положения апертурной теории антенн, сфокусированных в зоне ближнего излученного поля, приводятся данные анализа эффективности их применения в задачах контактной радиотермометрии.

  • сфокусированные антенны
  • радиотермометрия
  • излучатели электрического типа
  • излучатели магнитного типа
  • эффективность фокусировки
  • focused antennas
  • radio thermometry
  • electric type radiators
  • magnetic type radiators
  • efficiency of focusing
Abstract (in English)

In the article the analysis and assessment were done for using the focused antennas-applicators in diagnostic equipment of radio thermometry. The properties of focused antennas in dissipative medium were described. The most important properties for typical biological mediums are: the absence of expressed effective focusing in transverse direction, existence of optimal aperture size the (order of values is more than several wave-lengths in medium), which provides maximum gain, reducing of focused effect as far as decreasing the focused distance. Approximate model was used for quantitative analysis. Correctness of approximate model at distances more than half boundary of near-field region was showed by electrodynamics simulating. We carried out model-based analysis of directional radiation of focused antennas which were placed on the plane or spherical boundary of air-medium. Also we performed the analysis of focusing effect for electrical type radiators (dipoles) and magnetic type radiators (slot radiators). The work shows that using magnetic type radiators is more effective than electrical type radiators for distance from aperture less 1,5…2 wave-lengths in medium. It was showed that focused antennas allow to obtain the greater values of a gain at distances from antenna more than wave-lengths in medium. We considered the focused antennas which placed on the spherical boundary of air-medium.

Для цитирования

Седельников Ю.Е., Кубланов В.С., Потапова О.В. Сфокусированные антенны-аппликаторы в задачах диагностической радиотермометрии // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – № 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.7.4

Литература

  1. Barrett А.Н., Myers Р.С. Subcutaneous temperature: a method of noninvasive sensing // Science. 1975, v. 90. pp. 669-671.
  2. Троицкий В.С. К теории контактных радиометрических измерений внутренней температуры тел // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 1981. т. 24, № 9, с. 1054-1061.
  3. Троицкий В. С., Белов И. Ф., Горбачев В. П. и др. О возможности использования собственного теплового СВЧ радиоизлучения тела человека для измерения температуры его внутренних органов. // Успехи физических наук. 1981, т. 134, № 1, с. 155-158.
  4. Гуляев Ю.В., Годик Э.Э. Физические поля биологических объектов // Вестник АН СССР. Серия физическая. 1983, № 8, с. 118-125.
  5. Веснин С.Г. Микроволновая радиотермометрия - национальное достояние России. Издательский дом «Медицинский бизнес». URL: http:// www. medbusiness.ru/178.php
  6. Вайсблат А.В. Медицинский радиотермометр РТМ-01-РЭС // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2001, № 8, с. 3-9.
  7. Седанкин М. К. Антенны-аппликаторы для радиотермометрического исследования тепловых полей внутренних тканей биологического объекта. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - М.: МГТУ им. Э. Баумана. 2013, 247 с.
  8. Кубланов В.С., Довгопол С.П., Азин А.Л. Исследование функционального состояния головного мозга методами многоканальной СВЧ-радиотермографии // Биомедицинская радиоэлектроника. 1998, №3, с. 42-49.
  9. Кубланов В.С. Радиофизический комплекс для функциональных исследований головного мозга // Медицинская техника. 2009, № 3, с. 10-15.
  10. Кубланов В.С., Седельников Ю.Е., Азин А.Л., Сысков А.М. Природа флуктуаций собственного электромагнитного излучения головного мозга // Биомедицинская радиоэлектроника. 2010, №9, с. 45-54.
  11. Кубланов В.С., Борисов В.И. СВЧ-радиометры для функциональных исследований головного мозга // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. Спецвыпуск. 2012, с. 41-49.
  12. Kublanov V.S. Microwave radiation as interface to the brain functional state //6-th International Joint Conference on Biomedical Engineering Systems and Technologies «BIOSTEC 2013. BIODEVICES». - Portugal: SCITEPRESS. 2013, pp. 318-322.
  13. Гуляев Ю.В., Леушин В.Ю., Гудков А.Г., Щукин С.И. и др. Приборы для диагностики патологических изменений в организме человека методами микроволновой радиометрии // Нанотехнологии: разработка, применение, XXI век. 2017, № 2, т. 9, с. 27-43.
  14. Седельников Ю.Е., Никишина Д.В., Халикова К.Н. Антенна-аппликатор для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта. Пат. РФ № 2562025. Опубл. 10.09.2015. Бюл. №25.
  15. Кубланов В.С., Сельский А.Г., Коркунов В.Г. Устройство для приема собственного радиотеплового излучения человека. Пат. РФ № 2049424, МПК А61В 5/00. Опубл. 10.12.1995. Бюл. № 34.
  16. Манойлов В. Ф., Назарчук Л. Ю., Яненко А. Ф. Аппликаторная антенна для микроволновой радиометрии. NAUCHEBE.NET. URL: http:// nauchebe.net/2012/03/applikatornaya-antenna-dlya-mikrovolnovoj-radiometrii
  17. Barret I.J. A new microstrip radiator for medical applications //IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1980, v. MTT-28, № 12, pp.1452-1459.
  18. Веснин С.Г., Седанкин М.К Миниатюрные антенны-аппликаторы для микроволновых радиотермометров медицинского назначения [электронный ресурс]. Сайт компании ООО «РТМ Диагностика». URL: http://rtmdiagnostics.com/uploads/file/ vesnin_miniature_ antenna.pdf
  19. Веснин С.Г. Антенна аппликатор для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта. Патент РФ № 2306099. Опубл. 31.10.2005.
  20. Веснин С.Г. Антенна-аппликатор и устройство для определения температурных изменений внутренних тканей биологического объекта и способы определения температурных изменений и выявления риска рака. Пат. РФ № 2407429.
  21. Panchenko, B.A., Kublanov, V.S., Baranov, S.A., Borisov, V.I., Sedelnikov, Y.E. Antenna for contact microwave radiometers for monitoring of the brain microwave radiation // 2017 International Applied Computational Electromagnetic Society Symposium. - Italy, ACES. 2017, рр. 118-121.
  22. Петросян В.И., Синицын Н.И., Житенева Э.А. Елкин В. А и др. Устройство для исследования объектов КВЧ- воздействием. Патент РФ №2108058. Опубл. 10.04.98, Бюл. №10.
  23. Петросян В.И., Синицын Н.И., Елкин В. А и др. Способ исследования объектов КВЧ-воздействием. Патент РФ №2108566, Опубл. 10.04.98, Бюл. №10.
  24. Петросян В. И., Синицын Н. И., Елкин В. А. Антенны-аппликаторы для резонансной волновой КВЧ/СВЧ - радиоспектроскопии природных образований. // Биомедицинская радиоэлектроника. 1999, № 8, с. 36-41.
  25. Елкин В.А., Петросян В.И., Синицын Н.И., Башкатов О.В. Аппликаторные СВЧ антенны для функциональных биомедицинских и физических исследований [электронный ресурс]. Сайт компании ООО «Телемак». URL: http://aquatone.su/d/447480/d/applikatornye-svch-antenny-dlya-funkcionalnyh-biomedicinskih-i-fizicheskih-issledovaniy.pdf
  26. Веснин, С.Г., Седанкин M.K. Сравнение антенн-аппликаторов медицинского назначения // Биомедицинская радиоэлектроника. 2012, № 10, с.63-74.
  27. Банников И.А., Ильиных А.Б., Мительман Ю.Е., Борисов В.И. Анализ свойств вибраторной антенны аппликатора в задаче радиометрии головного мозга. // Информационные технологии телекоммуникации и системы управления Сборник докладов. - Екатеринбург: Изд-во: Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина. 2016, с. 172-179.
  28. Asimakis N.P., Karanasiou I.S. and Uzunoglu N.K. Non-invasive microwave radiometric system for intracranial applications: a study using the conformal L-notch microstrip patch antenna. // Progress in Electromagnetic Recearch. 2011, vol. 117, pp. 83-101.
  29. Сельский А.Г. Радиотермометр с фокусированной антенной для неинвазивного измерения температуры внутренних органов человека. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. -М.: ИРЭ АН СССР. 1989.
  30. Потапова О.В. Исследование методов сфокусированной апертуры для повышения эффективности СВЧ технологических установок открытого типа: Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. - Казань, КГТУ им.А.Н.Туполева. 1998, 118 с.
  31. Кубланов В.С., Потапова О.В., Седельников Ю.Е., Сысков А.М. Совершенствование характеристик СВЧ-радиотермографов в медицинских задачах. // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал. 2012, № 4. URL: http://jre.cplire.ru/jre/apr12/6/text.pdf
  32. Потапова О.В., Халикова К.Н. Энергетические показатели сфокусированных антенн в задачах СВЧ технологий // Вопросы электротехнологий. 2016, №2, c.37-45.
  33. Седельников Ю.Е., Никишина Д.В., Потапова О.В., Халикова К.Н. Оценка влияния возмущающих факторов на эффективность фокусировки электромагнитного поля в задачах СВЧ технологий // Вопросы электротехнологий. 2016, №4, c. 46-53.
  34. Седельников Ю.Е., Потапова О.В. Сфокусированные антенны в задачах медицинской радиотермометрии // Инженерный журнал: Наука и инновации. Электронное научно-техническое издание. 2014, №2(26), с. 1-12. URL: http://engjournal.ru/catalog/pribor/radio/1206.html
  35. Никишина Д.В. Седельников Ю. Е.Анализ фокусирующих свойств антенн в зоне ближнего излученного поля в неоднородных диссипативных средах // Вестник КГТУ. - Казань: Изд-во Казан.гос техн. ун-та. 2013, №2, с. 81-85.
  36. Антенны, сфокусированные в зоне ближнего излученного поля. Монография под ред. Ю.Е.Седельникова и Н.А. Тестоедова. - Красноярск: Изд-во СибГАУ. 2015, 322 с.
  37. Седельников Ю.Е. Потапова О.В. Коэффициент направленного действия апертурных антенн, сфокусированных в зоне ближнего излученного поля // Радиотехника. 2015, №7, с.118 - 123.
  38. Красюк Н. П., Дымович Н. Д. Электродинамика и распространение радиоволн: Учеб. пособие для радиотехн. специальностей вузов. - М.: Высш. школа. 1974, 536 с.
  39. Кинг Р., Смит Г. Антенны в материальных средах: в 2-х кн./ пер. с англ. под ред. В. Б. Штейншлейгера. - М.: Мир. 1984, 416 с.