ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2019, № 3 · БИОМЕДИЦИНСКАЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

Автоматизированная система ранней диагностики патологических изменений в бронхолегочной системе на основе радиочастотного сканирования

И.В. Семерник1,2, А.В. Демьяненко1,2, Ф.С. Топалов1,2, Я.В. Невструев1,2, О.Е. Семерник3,4, А.А. Лебеденко3,4

1 Южный федеральный университет, Таганрог
2 Southern Federal University
3 Ростовский государственный медицинский университет, Ростов-на-Дону, Россия
4 Rostov State Medical University, Россия
Полный текст (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.3.6 УДК 621.37:616-71:616.248 EDN TVNHNZ

Аннотация

Представлена структура и экспериментальная реализация неинвазивной системы диагностики бронхолегочных заболеваний, в том числе бронхиальной астмы. Благодаря отсутствию вредного воздействия на пациента в процессе обследования, а также необходимости выполнения дыхательных маневров, предлагаемая система может быть использована для обследования и продолжительного мониторинга состояния пациентов всех возрастных групп, в том числе детей раннего возраста. В работе представлены результаты радиочастотного сканирования СВЧ-сигналами различной частоты грудной клетки с неоднородностями различного рода и размера, имитирующих наличие инородного тела в грудной клетке пациента, а также накопление излишнего количества мокроты.

  • бронхолегочные заболевания
  • бронхиальная астма
  • диагностика
  • компьютеризированная диагностика
  • СВЧ-диапазон
  • мониторинг состояния пациента
  • телеметрия
  • телемедицина
  • диагностическое оборудование
Abstract (in English)

Automated system for early diagnosis of pathological changes in the bronchopulmonary system based on radio frequency scanning

This paper presents the structure, design and practical implementation of an automated system for the detection of pathological changes in the bronchopulmonary system with the aim of non-invasive harmless diagnosis of bronchopulmonary diseases, primarily bronchial asthma. The proposed diagnostic system is based on the use of radiofrequency scanning of the chest with microwave signals of various frequencies (in the frequency range from 1,100 to 1,500 MHz), which eliminates the need for the patient to perform breathing maneuvers during the examination process. The absence of harmful effects allows you to use the presented system for long-term monitoring of the patient's condition during treatment. The obtained experimental results demonstrate the possibility of using the presented system to diagnose changes in the bronchopulmonary system. Heterogeneity, simulating the presence of sputum in the human lung is clearly displayed on the results of radio frequency scanning of the chest with a microwave signal with a frequency of 1250 MHz and 1350 MHz. At lower frequencies (1150 MHz and less), a distortion of the shape of the heterogeneity is observed. When scanning a phantom of the chest with a microwave signal with a higher frequency (1,450 MHz or more), only heterogeneity boundaries are detected on the scan results. Accurate determination of the shape and size of heterogeneity is difficult. In this regard, the use of higher frequencies of the probing microwave signal is impractical. It should be noted that the shape and size of heterogeneity are most clearly defined by the results of radio frequency scanning with a step of 20 mm. At step 30 mm, the shape of an irregularity is blurred, while at a scan with a step 10 mm, the influence of the non-uniformity of the characteristics of the elements of the array of antenna applicators increases and the scanning time significantly increases. The error in determining the size of heterogeneity depends on the selected scanning step and does not exceed 10 - 20 mm.

Для цитирования

Семерник И.В., Демьяненко А.В., Топалов Ф.С., Невструев Я.В., Семерник О.Е., Лебеденко А.А. Автоматизированная система ранней диагностики патологических изменений в бронхолегочной системе на основе радиочастотного сканирования // Журнал радиоэлектроники. – 2019. – № 3. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.3.6

Литература

  1. П. А. Фадеев. Бронхиальная астма. М.: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2013. 160 с.
  2. Казанцев А.П., Сенин А.А., Пономарёва Ю.Н., Мочалова М.Н., Прошин Е.М. Подход к созданию массовой телемедицинской технологии домашнего мониторинга плода. // Биомедицинская радиоэлектроника, 2015, №. 5, С. 37-45.
  3. А.Д. Зеркаль. Вопросы практического использования системы ближней радиолокации на основе сверхкоротких импульсов с малым энергопотреблением. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2012. No. 1. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jan12/3/text.pdf
  4. А.С. Позднов, В.О. Давыдова, В.А. Кошеленко, Е.Н. Макурина. Метод обнаружения и анализа собственного электромагнитного излучения человека в миллиметровом диапазоне длин волн. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2009. No. 10. URL http://jre.cplire.ru/jre/oct09/7/text.pdf
  5. Ю.Н. Кликушин, В.Ю. Кобенко, А.А. Гошенков. Способ компьютерной диагностики болезни паркинсона. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2012. No. 10. URL http://jre.cplire.ru/jre/oct12/7/text.pdf
  6. Vitacca M., Montini A., Comini L. How will telemedicine change clinical practice in chronic obstructive pulmonary disease? Therapeutic Advances in Respiratory Disease, 2018, Vol. 12, pp. 1-19. DOI: 10.1177/1753465818754778
  7. Parsaei H., Vakily A., Shafiei A.M. A wireless electronic esophageal stethoscope for continuous monitoring of cardiovascular and respiratory systems during anaesthesia. Journal of Biomedical Physics & Engineering, 2017, Vol. 7(1), pp. 69-78
  8. Semernik I.V., Semernik O.E., Dem'yanenko A.V., Lebedenko A.A. A Method for Noninvasive Diagnosis of Bronchial Asthma Based on Microwave Technology. Biomedical Engineering, 2017, Vol. 51(2), pp. 124-127. DOI: 10.1007/s10527-017-9698-3
  9. Semernik I.V., Dem'yanenko A.V., Topalov F.S., Samonova Ch.V., Semernik O.E., Lebedenko A.A. Bronchial Asthma Diagnosis Device Based on Microwave Tecnologies, Proceedings of 2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves RSEMW-2017, June 26-30, Divnomorskoe, Russia. DOI: 10.1109/RSEMW.2017.8103648
  10. Dem'yanenko A.V., Semernik I.V., Nevstruev Ya.V. Designing of Broadband Microwave Applicator for the Bronchial Asthma Diagnosis Device, 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Proceedings, January 29 - February 01, 2018, St. Petersburg, Russia. DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317306
  11. Семерник О.Е., Семерник И.В., Демьяненко А.В.2, Лебеденко А.А., Невструев Я.В. Проектирование фантома грудной клетки человека // Материалы 26-й Международной крымской конференции "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КРЫМИКО'2016), 4-10 Сентября, 2016, Севастополь, Россия. С. 1818-1824.
  12. Semernik I.V., Semernik O.E., Dem'yanenko A.V., Lebedenko A.A., Topalov F.S. Device for non-invasive diagnosis of bronchopulmonary diseases based on microwave technologies, 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Proceedings, January 29 - February 01, 2018, St. Petersburg, Russia. DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317312