cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2020-35-4-87-94cardiotomsk-1078Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESИсследование возможности измерений диэлектрической проницаемости органов и тканей человека средствами радиолокационного зондирования и математического моделированияOn the capability of measuring the dielectric constant of human organs and tissues by radar sensing and mathematical modelinghttps://orcid.org/0000-0002-4320-130XАвдоченкоБ. И.AvdochenkoB. I.

Авдоченко Борис Иванович, д-р техн. наук, профессор кафедры радиоэлектроники и систем связи

634050, Томск, пр. Ленина, 40

Boris I. Avdochenko, Dr. Sci. (Tech.), Professor, Department of Radioelectronics and Communication Systems

40, Lenin ave., 634050, Tomsk

AvdochenkoBI@rss.tusur.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8793-4927РепенкоВ. Д.RepenkoV. D.

Репенко Владислав Дмитриевич, лаборант, кафедра радиоэлектроники и систем связи, студент группы 146-2 радиотехнического факультета.

634050, Томск, пр. Ленина, 40

Vladislav D. Repenko, Laboratory Assistant, Department of Radioelectronics and Communication Systems; Student, Group No. 146-2, Radio Engineering Faculty

40, Lenin ave., 634050, Tomsk

repvlad@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6284-4645УбайчинА. В.UbaychinA. V.

Убайчин Антон Викторович, канд. техн. наук, доцент, старший научный сотрудник, кафедра радиоэлектроники и систем связи

634050, Томск, пр. Ленина, 40

Anton V. Ubaychin, Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor, Senior Research Scientist, Department of Radioelectronics and Communication Systems

40, Lenin ave., 634050, Tomsk

avubaychin@rss.tusur.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4068-3590ФатеевА. В.FateevA. V.

Фатеев Алексей Викторович, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой радиоэлектроники и систем связи

634050, Томск, пр. Ленина, 40

Aleksey V. Fateev, Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor, Head of the Department of Radioelectronics and Communication Systems

40, Lenin ave., 634050, Tomsk

fateev@tusur.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0999-5246ХатьковН. Д.KhatkovN. D.

Хатьков Николай Данилович, канд. техн. наук, доцент кафедры радиоэлектроники и систем связи

634050, Томск, пр. Ленина, 40

Nikolay D. Khatkov, Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor, Department of Radioelectronics and Communication Systems

40, Lenin ave., 634050, Tomsk

sydney@t-sk.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3450-8745IssakovV.IssakovV.

Issakov Vadim, заведующий кафедрой электроники, Ph.D.

2, Universitätsplatz, Magdeburg, D-39106, Deutschland

Vadim Issakov, Ph.D., Chairholder, Chair for Electronics

Universitätsplatz 2, D-39106 Magdeburg

Vadim.Issakov@ovgu.deТомский государственный университет систем управления и радиоэлектроникиРоссияTomsk State University of Control Systems and RadioelectronicsRussian FederationУниверситет Отто фон Герике в МагдебургеГерманияOtto-von-Guericke Universität MagdeburgGermany2020241220203548794Copyright © Авдоченко Б.И., Репенко В.Д., Убайчин А.В., Фатеев А.В., Хатьков Н.Д., Issakov V., 20202020Авдоченко Б.И., Репенко В.Д., Убайчин А.В., Фатеев А.В., Хатьков Н.Д., Issakov V.Avdochenko B.I., Repenko V.D., Ubaychin A.V., Fateev A.V., Khatkov N.D., Issakov V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/1078Цель работы

Цель работы. Для решения проблемы доступности цифровых технологий в низовых звеньях, развития профилактической медицины и телемедицины возможно применение малогабаритных радиолокационных систем с высоким временным разрешением.

Метод исследования

Метод исследования. Использование коротких зондирующих видеоимпульсов, стробоскопических приемных устройств и ноутбуков со специализированным программным обеспечением позволяет создать недорогую диагностическую медицинскую установку. Эксплуатация подобной установки не требует участия высококвалифицированных специалистов медицинского и радиотехнического профиля.

Материалы исследований

Материалы исследований. Описан состав установки и методика эксперимента, показана возможность получения пространственного разрешения внутреннего строения органов и тканей человека с миллиметровой точностью. Приведена математическая модель взаимодействия радиоимпульса с внутренними неоднородностями и принцип обработки отраженного сигнала.

Результаты

Результаты. Полученные результаты измерений представлены в виде последовательности временных вейвлет-томограмм, а использование различных сечений вейвлета в частотной области позволяет диагностировать состояние органов по его спектральным характеристикам.

Заключение

Заключение. Цифровое представление результатов диагностики дает возможность моделировать состояние организма, создавать базы данных состояния пациентов и обмениваться ими.

Purpose of work

Purpose of work. An implementation of small-sized high-resolution radar systems is proposed to solve both the problem of access to digital technologies and the development of preventive medicine and telemedicine.

Method of research

Method of research. The use of ultra-wideband video pulses, stroboscopic receivers, and laptops with specialized software allows to create an inexpensive diagnostic medical device. Working with such a diagnostic medical device does not require participation of highly qualified medical and radio engineering specialists.

Research materials

Research materials. The block diagram of the diagnostic device and experimental methodology are described. Preliminary tests of the diagnostic device are carried out. A capability to provide a millimeter-accuracy spatial resolution of a human body internal structure is presented. The mathematical model of interaction between the radio pulse and internal in homogeneities in the human body and the principle of processing the reflected signal are described.

Results

Results. The results of obtained measurements are presented as a sequence of time wavelet tomograms where the different wavelet cross-sections in the frequency domain allow to diagnose the state of internal organs based on the spectral characteristics.

Conclusion

Conclusion. Digital representation of diagnostic results makes it possible to model health state and to create and exchange patient databases.

радиолокация в медицинедоступность цифровых технологийцифровые базы данныхradars in medicineavailability of digital technologiesdigital databasesReferencesBassi M., Caruso M., Khan M.S., Bevilacqua A., Capobianco A., Neviani А. An integrated microwave imaging radar with planar antennas for breast cancer detection. IEEE Transactions оn Microwave Theory аnd Techniques. 2013;61(5):2108–2118. DOI: 10.1109/TMTT.2013.2247052.Bassi M., Caruso M., Khan M.S., Bevilacqua A., Capobianco A., Neviani А. An integrated microwave imaging radar with planar antennas for breast cancer detection. IEEE Transactions оn Microwave Theory аnd Techniques. 2013;61(5):2108–2118. DOI: 10.1109/TMTT.2013.2247052.Маречек С.В., Поляков В.М., Тищенко Ю.Г. Радиометрические методы исследования температурного режима приповерхностного слоя биоткани. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003;(8):57–65.Marechek S.V., Polyakov V.M., Tishchenko Yu.G. Radiometric methods for studying the temperature of the surface layer of biological tissue. Biomedical Technologies and Radioelectronics. 2003;(8):57–65 (In Russ.).Ubaichin A., Bespalko A., Filatov A., Alexeev E., Zhuk G. Patch antenna for measuring the internal temperature of biological objects using the near-field microwave radiometric method. Journal of Physics: Conference Series. 2016;671(1):18. DOI: 10.1088/1742-6596/671/1/012006.Ubaichin A., Bespalko A., Filatov A., Alexeev E., Zhuk G. Patch antenna for measuring the internal temperature of biological objects using the near-field microwave radiometric method. Journal of Physics: Conference Series. 2016;671(1):18. DOI: 10.1088/1742-6596/671/1/012006.Маречек С.В., Поляков В.М. Возможности оценки приповерхностной структуры биологической ткани по измерению коэффициента отражения на отдельных частотах СВЧ-диапазона. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2005;(11–12):4–11.Marechek S.V., Polyakov V.M. Opportunities for assessing the near-surface structure of biological tissue by measuring the reflection coefficient at different frequencies of microwave range. Biomedical Technologies and Radioelectronics. 2005;(11–12):4–11 (In Russ.).Caruso M., Bassi M., Bevilacqua A., Neviani A. A 2–16 GHz 65 nm CMOS stepped-frequency radar transmitter with harmonic rejection for high-resolution medical imaging applications. IEEE Trans. Circuitsа аnd Syst. I Regul. Pap. 2015;62(2):413–421.Caruso M., Bassi M., Bevilacqua A., Neviani A. A 2–16 GHz 65 nm CMOS stepped-frequency radar transmitter with harmonic rejection for high-resolution medical imaging applications. IEEE Trans. Circuitsааnd Syst. I Regul. Pap. 2015;62(2):413–421.Глебович Г.В., Андрианов А.В., Введенский Ю.В. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов; под ред. Г.В. Глебовича. М.: Радио и связь; 1984:255.Glebovich G.V., Andrianov A.V., Vvedenskiy Y.V. Research objects using picosecond pulses; ed. G.V. Glebovich. Moscow: Radio and Communications; 1984:255 (In Russ.).Беличенко В.П., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Сверхширокополосные импульсные радиосистемы; под ред. В.И. Кошелева. Новосибирск: Наука; 2015:484.Belichenko V.P., Buyanov Yu.I., Koshelev V.I. Ultrawideband pulse radio systems; ed. V.I. Koshelev. Novosibirsk: Nauka; 2015:484 (In Russ.).Авдоченко Б.И., Карлова Г.Ф., Цырендоржиева А.М. Разработка элемента фазированной антенной решетки для системы активной магнитной локации на основе полупроводниковых преобразователей Холла. Известия высших учебных заведений. Физика. 2017;60(12/2):230–234.Avdochenko B.I., Karlova G.F., Tsyrendorjieva A.M. The development of phased array antenna element for active magnetic positioning system based on semiconductor Hall-effect. Russian Physics Journal. 2017;60(12/2):230–234 (In Russ.).Avdochenko B.I., Karlova G.F. Using hall-effect sensors for weak pulsed magnetic fields measurement. Sibcon–2019.Proceedings. The Tomsk IEEE Chapter @ Student Branch. Tomsk, Russia, April 18–20, 2019. IEEE Catalog Number: CFP17794-CDR.Avdochenko B.I., Karlova G.F. Using hall-effect sensors for weak pulsed magnetic fields measurement. Sibcon–2019. Proceedings. The Tomsk IEEE Chapter @ Student Branch. Tomsk, Russia, April 18–20, 2019. IEEE Catalog Number: CFP17794-CDR.Авдоченко Б.И., Прудаев И.А., Толбанов О.П., Чумерин П.Ю., Юрченко В.И. Твердотельный субнаносекундный СВЧ-коммутатор. Известия высших учебных заведений. Физика. 2016;59(8):55–59.Avdochenko B.I., Prudaev I.A., Tolbanov O.P., Chumerin P.Y., Yurchenko V.I. A solid-state sub-nanosecond microwave switch. Russian Physics Journal. 2016;59(8):1187–1191.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.