ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2018, № 10 · БИОМЕДИЦИНСКАЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Экспериментальное исследование ближнепольной резонансной СВЧ диагностики биологических сред

К.П. Гайкович1, А.Г. Галка2, А.К. Мартусевич3, А.И. Смирнов2,4, Д.В. Янин2

1 Институт физики микроструктур Российской академии наук, 603087 Нижний Новгород, ул. Академическая ул., 7, Россия
2 Институт прикладной физики Российской академии наук, 603950, г. Нижний Новгород, ул. Ульянова, 46, Россия
3 Университетская клиника ФГБОУ ВО "Приволжский исследовательский медицинский университет", 603155, г. Нижний Новгород, Верхневолжская наб., 18/1, Россия
4 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 603022 Нижний Новгород, просп. Гагарина, 23, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2018.10.2 УДК 621.371+537.87 EDN YOKZXV

Аннотация

Представлены результаты экспериментального исследования метода ближнепольной СВЧ диагностики подповерхностных диэлектрических неоднородностей миллиметрового и субмиллиметрового масштаба системой резонансных СВЧ-датчиков (краевая емкость цилиндрического конденсатора) с разными глубинами зондирования применительно к медико-биологической диагностике кожи1. В анализе используется решение интегрального уравнения, связывающие вариации емкости зондов, определяемые из резонансных характеристик, измеряемых над неоднородной средой с пространственным распределением неоднородностей комплексной диэлектрической проницаемости. Метод тестировался и калибровался в контролируемых условиях по измерениям двухслойной среды (спирт-тефлон), а затем был применен к зондированию подповерхностного профиля комплексной диэлектрической проницаемости здоровой кожи человека, а также вариаций профиля диэлектрических параметров кожи в ожоговых ранах на крысах.

  • томография
  • голография
  • диэлектрик
  • неоднородные среды
  • ближнепольная СВЧ диагностика
  • обратные задачи рассеяния
Abstract (in English)

Experimental study results of the method of near-field microwave diagnostics of subsurface dielectric inhomogeneities with millimeter-centimeter sizes are obtained with the set of resonant microwave probes (using edge capacity of cylinder capacitor) with different depth of sounding. These results are presented for test experiments with the spirit-teflon medium and in the application to the medical-biological diagnostics of skin. In analysis, the solution of integral equation that related probe capacity variations (determined from resonance parameters measured above an inhomogeneous medium) with the spatial distribution of inhomogeneities of complex permittivity. This method has been tested and calibrated in controlled condition by measurements of two-layered medium (spirit-teflon). It appeared possible to to determine experimentally and study the kernel the integral equation of the corresponding inverse problem, as well as to study efficiency of its solution. Then, the developed algorithm has been applied in sounding of the subsurface profile of complex permittivity of the sound human skin as well as of profile variations of dielectric parameters of skin burning wounds of rats. Results demonstrate real possibilities of various possible applications of this method in the medical-biological diagnostics of the inner skin structure as well as of its deceases, including those related to burning wounds. This methods gives the possibility to determine the depth and volume of these wounds that is very important to the proper choose of the treatment strategy.

Для цитирования

Гайкович К.П., Галка А.Г., Мартусевич А.К., Смирнов А.И., Янин Д.В. Экспериментальное исследование ближнепольной резонансной СВЧ диагностики биологических сред // Журнал радиоэлектроники. – 2018. – № 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2018.10.2

Литература

  1. Gaikovich K.P. Subsurface Near-Field Scanning Tomography // Physical Review Letters, vol.98, no.18, pp.183902, 2007.
  2. Gaikovich K.P., Gaikovich P.K., Maksimovitch Ye.S., Badeev V.A. Pseudopulse near-field subsurface tomography // Physical Review Letters, vol.108, no.16, pp. 163902, 2012.
  3. Gaikovich K.P., Gaikovich P.K., Maksimovitch Ye.S., Badeev V.A. Subsurface near-field microwave holography // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, vol.9, issue 1, p. 74-82, 2016.
  4. Gaikovich K.P., Gaikovich P.K., Maksimovitch Ye.S, Smirnov A.I., Sumin M.I. Dual regularization in non-linear inverse scattering problems // Inverse Problems in Science and Engineering, vol. 24, no.7, p. 1215-1239, 2016.
  5. Gaikovich K.P. Methods of near-field subsurface diagnostics: theory, study, comparison // Proc. Of 19th International Conference on Transparent Optical Networks: ICTON 2017 (Spain, Girona, July 2-6, 2017). pp. We.A4.3.
  6. Янин Д.В., Галка А.Г., Костров А.В., Смирнов А.И., Стриковский А.В., Кузнецов И.В. Подповерхностная диагностика квазиодномерных неоднородностей методом резонансного ближнепольного СВЧ-зондирования // Известия вузов. Радиофизика, т.57, №1, с. 35-47, 2014.
  7. Гайкович К.П., Смирнов А.И., Янин Д.В. Методы ближнепольной резонансной СВЧ диагностики биологических тканей // Журнал радиоэлектроники: электронный журнал № 2, 2017. URL http://jre.cplire.ru/jre/feb17/5/text.pdf.
  8. Мартусевич А.К., Соловьева А.Г., Мартусевич А.А., Перетягин П.В. Особенности функционально-метаболической адаптации организма в условиях травматического стресса // Медицинский альманах. №5, с. 175-178, 2012.
  9. Перетягин С.П., Мартусевич А.К., Вазина И.Р. с соавт. Разработка нового способа моделирования комбинированной ожоговой травмы // Современные технологии в медицине. №2, с. 106-109, 2011.