Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 10 · BIOMEDICAL RADIO ELECTRONICS

Propagation of electromagnetic waves in a three-dimensional simplified model of the human chest

A.V. Dem'yanenko1,2, I.V. Nevstruev1,2, O.E. Semernik3,4

1 Южный федеральный университет, Taganrog
2 Southern Federal University, Russia
3 Ростовский государственный медицинский университет, Rostov-on-Don, Russia
4 Rostov State Medical University, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.10.3 UDC 621.37:616-71 EDN ETNQSI

Abstract

This article is devoted to the results of the development of a three-dimensional simplified model of the human chest on the basis of MRI and CT examinations, for modeling the propagation of electromagnetic waves in order to develop harmless non-invasive methods for diagnosing diseases of the bronchopulmonary system using modern microwave technologies. The developed model of the chest area allows studying the features of the propagation of electromagnetic waves and simulate antenna applicators of various frequency ranges used in modern diagnostic technology. Based on the results of electrodynamic modeling of the chest area, it can be seen that the shape and location of the heterogeneity can be most accurately determined at the frequency of 1500 MHz. Further increase in the frequency leads to the significant deterioration in the results due to an increase in the absorption of electromagnetic waves in the tissues of the human body. The presence of bones in the model of the chest area does not significantly affect the possibility of detecting heterogeneity that mimics sputum.

  • bronchopulmonary diseases
  • bronchial asthma
  • chest model
  • non-invasive diagnostics
  • microwave technology
  • radiofrequency scanning
Аннотация (на русском)

Распространение электромагнитных волн в трехмерной упрощенной модели грудной клетки человека

Представлены результаты разработки трехмерной упрошенной модели грудной клетки человека, разработанной на основе МРТ- и КТ-обследования, для проведения моделирования распространения электромагнитных волн с целью разработки безвредных неинвазивных методов диагностики заболеваний бронхолегочной системы, с помощью современных микроволновых технологий.

For citation

Dem'yanenko A.V., Nevstruev I.V., Semernik O.E. Propagation of electromagnetic waves in a three-dimensional simplified model of the human chest // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.10.3

References

  1. National Heart Lung and Blood Institute, "What is Asthma?", NIH (2012) [Online]. Available: https://www.nhlbi.nih.gov/health-topics/asthma
  2. Centers for Disease Control and Prevention, "Asthma", (2012) [Online]. Available: https://www.cdc.gov/asthma/faqs.htm
  3. Ahdi Rezaeieh S., Zamani A., Bialkowski K.S., Mahmoud A., Abbosh A.M. Feasibility of Using Wideband Microwave System for Non-Invasive Detection and Monitoring of Pulmonary Oedema. Scientific Reports, 2015, Vol. 5(19), pp. 1-11.
  4. Соколова В.С., Климов А.Б., Гасс М.В., Свирин А.А. Прибор для исследования кровенаполнения и вентиляции лёгких // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2003, №5, С. 3-7.
  5. 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 [электронный журнал]. 2019. № 3. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/mar19/6/text.pdf
  6. Semernik I.V., Dem'yanenko A.V., Topalov F.S., Semernik O.E., Lebedenko A.A. Complex System for Monitoring the Patient's Condition and Diagnosis of Bronchial Asthma. Journal of Biomedical Physics and Engineering, 2019, pp. 1-8 DOI: 10.31661/jbpe.v0i0.1022
  7. Семерник И.В., Демьяненко А.В., Невструев Я.В. Разработка широкополосного СВЧ-аппликатора для устройстав диагностики бронхолегочных заболеваний // 28-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КРЫМИКО'2018), Севастополь, 09-15 сентября 2018 г., С. 1487-1493.
  8. Celik N., Gagarin R., Baker J., Youn H., Iskande M.F. A Noninvasive Microwave Sensor and Signal Processing Technique for Continuous Monitoring of Vital Signs. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2011, Vol. 10, pp. 286-289 DOI: 10.1109/LAWP.2011.2132690
  9. Semernik I.V., Dem'yanenko A.V, Nevstruev Y.V. Designing of broadband microwave applicator for the bronchial asthma diagnosis device. Proceedings of 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), 2018, pp. 1199-1202 DOI: 10.1109/EIConRus.2018.8317306
  10. Semernik O.E., Semernik I.V., Dem'yanenko A.V., Topalov F.S., Lebedenko A.A. Methods of non-invasive diagnosis of bronchial asthma in patients of all age groups based on microwave technology. Medical Equipment, 2017, No.2, pp. 35-38. DOI: 10.1007/s10527-017-9698-3
  11. Nevstruev Y.V. Propagation of Microwave Electromagnetic Waves in the Human Thorax. Proceedings of International Scientific Conference Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW-2019), Divnomorskoe, Krasnodar region, Russia, pp. 212-215. Published in IEEE, DOI: 10.1109/RSEMW.2019.8792686