Інноваційні прилади для медичної діагностики, створені на кафедрі акустичних та мультимедійних електронних систем (АМЕС) під керівництвом професора Сергія Найди, традиційно мають визнання та попит серед фахівців і отримують фінансування від спонсорів.
Восени проєкт "Акустотермометр" став переможцем XI Фестивалю інноваційних проєктів "Sikorsky Challenge 2022: Інноваційна трансформація України" й отримав GIST Support Funding у рамках Програми Державного департаменту США "Глобальні інновації через науку та технології". А у 2021 році в рамках X Фестивалю науковці презентували проєкт "Широкосмуговий акустичний вушний ехо-спектрометр", який визнали переможцем у номінації "Краще технологічне рішення" (Див. "КП" №31-32 за 2021 р.).
Над проєктом акустотермометра працювала команда викладачів, студентів та аспірантів кафедри АМЕС факультету електроніки КПІ ім. Ігоря Сікорського у складі: Сергій Найда – керівник проєкту, Тетяна Желяскова, Антон Найда і Микита Найда – розробка рішення, Юрій Оникієнко – технічна реалізація, Олександр Дрозденко – технологічна реалізація, Павло Попович – маркетинг, фінанси.
Про діагностику. Як розповіли розробники, серед сучасних методів профілактики та лікування різних захворювань важливе місце посідає новий напрям ранньої діагностики – вимірювання глибинної температури тіла людини за допомогою її власного теплового випромінювання. Це випромінювання відбувається в діапазонах надвисоких частот, інфрачервоного випромінювання й акустичного випромінювання в ультразвуковому діапазоні. Тож і методи вимірювання внутрішньої температури різняться: інфрачервоне теплобачення, радіо- та акустотермометрія. При цьому акустотермометрія характеризується кращою просторовою роздільною здатністю, більшою глибиною зондування, меншим загасанням, а також є простішою в технічній реалізації, що свідчить про перспективи її використання.
Саме проблема відсутності на ринку акустотермометра як розробленого приладу, з потрібною для цілей пасивної діагностики точністю визначення глибинної температури, стала поштовхом до досліджень, проведених на кафедрі АМЕС. У результаті досліджень команда розробила неінвазивний діагностичний прилад нового покоління – акустотермометр, який реєструє власне теплове акустичне випромінювання тіла людини і тому є абсолютно безпечним. За словами науковців, аналогів такого приладу у світі зараз не існує.
Призначення. Створений київськими політехніками акустотермометр може застосовуватись при ранній діагностиці онкологічних захворювань, у тому числі й у домашніх умовах; ранній діагностиці немовлят, а також для постійного моніторингу і функціональних тестів; вивченні терморегуляції організму людини як цілого в поєднанні з іншими методами, наприклад, при діагностиці кровообігу методами доплерографії; вимірюванні і тривалому контролі температури внутрішніх органів (наприклад, печінки при хронічному гепатиті); контролі температури при гіпертермічній дії на злоякісні пухлини та при фізіотерапевтичній дії, яка нині застосовується в кожному фізіотерапевтичному кабінеті.
Як відбувається вимірювання. Фізичною причиною теплових випромінювань тіла людини – як електромагнітного (радіочастотного), так і акустичного – є хаотичний рух його атомів і молекул. Що вищою є температура, то інтенсивнішим є шум, який спричиняє цей рух. Найбільшу інтенсивність має інфрачервоне випромінювання в інтервалі довжин хвиль 3-14 мкм, де воно доходить до 10-2 Вт/см2. Оскільки характерна довжина проникнення цього випромювання всього 100 мкм, воно несе інформацію про поверхневу температуру, яка пов'язана з умовами капілярного струму крові в шкірі. Набагато слабшим є радіотеплове випромінювання. Його інтенсивність на дециметрових хвилях у смузі частот сотні мегагерц – приблизно 10-12 Вт/см2. Характерна довжина його проникнення в біологічні тканини – декілька сантиметрів, але просторова розподільна здатність складає 1-2 см. За допомогою інфрачервоного теплобачення і радіотермографії вже були отримані динамічні зображення різних органів людини, і випускаються прилади.
Значно кращої просторової розподільної здатності (~1 мм) при тій самій глибині розташування внутрішніх органів можна досягти при реєстрації акустичного теплового випромінювання в мегагерцовому діапазоні. Проте його інтенсивність є ще меншою, ніж радіотеплового, і складає 10-13 Вт/см2. Відсутність промислових зразків акустотермометрів з потрібною для цілей пасивної діагностики точністю визначення глибинної температури і стала стимулом даного проєкту.
Про проєкт. "Інноваційним у проєкті є застосування для вимірювання температури модифікованого модуляційного методу з використанням фокусованого п'єзодатчика, який працює в повністю пасивному режимі, нічого не випромінює, а лише приймає коливання, тому є абсолютно безпечним для людини, – пояснює професор Сергій Найда. – Основні характеристики акустотермометра: точність вимірювання температури – 0,2 °С; діапазон робочих частот – 1-3 МГц; максимальна глибина вимірювання температури – 7 см; просторова роздільна здатність – 1 мм".
І далі розповідає про переваги акустотермометра перед іншими приладами аналогічного призначення: "В якості приймача акустичного випромінювання тіла людини ми використали п'єзоелектричний датчик, який, разом із схемами підсилення й детектування слабкого шумового сигналу, забезпечує високу точність вимірювання – 0,2°С. Це дозволяє застосувати прилад для функціональної ранньої діагностики, зокрема і тривалого моніторингу немовлят з дня їх народження. Застосування електронної комутації п'єзоприймача і шумового еталона дозволило проводити вимірювання глибинної температури тіла людини у реальному масштабі часу. Використання еліптичної лінзи для фокусування прийомного ультразвукового пучка дозволяє вимірювати глибинну температуру тіла людини одночастотним та одноканальним методом, що забезпечує більшу глибину вимірювання температури".
Варто додати, що інтелектуальна власність проєкту захищена патентом України на корисну модель і заявкою на винахід, власником яких є КПІ ім. Ігоря Сікорського.
Який же стан реалізації проєкту нині? Станом на тепер розроблено методичну основу для розрахунку акустотермометра та проведено її експериментальну перевірку, розроблений і експериментально досліджений лабораторний макет динамічного одночастотного акустотермометра з фокусуванням. Триває робота над створенням портативного акустотермометра.