Инновационные приборы для медицинской диагностики, созданные на кафедре акустических и мультимедийных электронных систем (АМЭС) под руководством профессора Сергея Найды, традиционно пользуются признанием и спросом среди специалистов и получают финансирование от спонсоров.
Осенью проект "Акустотермометр" стал победителем XI Фестиваля инновационных проектов "Sikorsky Challenge 2022: Инновационная трансформация Украины" и получил GIST Support Funding в рамках Программы Государственного департамента США "Глобальные инновации через науку и технологии". А в 2021 году в рамках X Фестиваля ученые презентовали проект "Широкополосный акустический ушной эхо-спектрометр", который признали победителем в номинации "Лучшее технологическое решение" (См. "КП" №31-32 за 2021 г.).
Над проектом акустотермометра работала команда преподавателей, студентов и аспирантов кафедры АМЭС факультета электроники КПИ им. Игоря Сикорского в составе: Сергей Найда – руководитель проекта, Татьяна Желяскова, Антон Найда и Никита Найда – разработка решения, Юрий Оникиенко – техническая реализация, Александр Дрозденко – технологическая реализация, Павел Попович – маркетинг, финансы.
О диагностике. Как рассказали разработчики, среди современных методов профилактики и лечения различных заболеваний важное место занимает новое направление ранней диагностики – измерение глубинной температуры тела человека с помощью его собственного теплового излучения. Это излучение происходит в диапазонах сверхвысоких частот, инфракрасного излучения и акустического излучения в ультразвуковом диапазоне. Поэтому и методы измерения внутренней температуры различаются: инфракрасное тепловидение, радио- и акустотермометрия. При этом акустотермометрия характеризуется лучшим пространственным разрешением, большей глубиной зондирования, меньшим затуханием, а также проще в технической реализации, что свидетельствует о перспективах ее использования.
Именно проблема отсутствия на рынке акустотермометра как разработанного прибора, с нужной для целей пассивной диагностики точностью определения глубинной температуры, стала толчком к исследованиям, проведенным на кафедре АМЭС. В результате исследований команда разработала неинвазивный диагностический прибор нового поколения – акустотермометр, регистрирующий собственное тепловое акустическое излучение тела человека и поэтому абсолютно безопасное. По словам ученых, аналогов такого устройства в мире сейчас не существует.
Назначение. Созданный киевскими политехниками акустотермометр может применяться при ранней диагностике онкологических заболеваний, в том числе и в домашних условиях; ранней диагностике младенцев, а также для постоянного мониторинга и функциональных тестов; изучении терморегуляции организма человека как целого в сочетании с другими методами, например, при диагностике кровообращения методами допплерографии; измерении и длительном контроле температуры внутренних органов (например, печени при хроническом гепатите); контроле температуры при гипертермическом действии на злокачественные опухоли и при физиотерапевтическом действии, которое в настоящее время применяется в каждом физиотерапевтическом кабинете.
Как происходит измерение. Физической причиной тепловых излучений тела человека – как электромагнитного (радиочастотного), так и акустического – является хаотическое движение его атомов и молекул. Чем выше температура, тем интенсивнее шум, который вызывает это движение. Наибольшую интенсивность имеет инфракрасное излучение в интервале длин волн 3-14 мкм, где оно доходит до 10-2 Вт/см2. Поскольку характерная длина проникновения этого излучения всего 100 мкм, оно несет информацию о поверхностной температуре, связанной с условиями капиллярного тока крови в коже. Гораздо слабее радиотепловое излучение. Его интенсивность на дециметровых волнах в полосе частот сотни мегагерц – примерно 10-12 Вт/см2. Характерная длина его проникновения в биологические ткани – несколько сантиметров, но пространственное разрешение составляет 1-2 см. С помощью инфракрасного тепловидения и радиотермографии уже были получены динамические изображения разных органов человека, и выпускаются приборы.
Значительно лучшей пространственной разрешающей способности (~1 мм) при той же глубине расположения внутренних органов можно достичь при регистрации акустического теплового излучения в мегагерцовом диапазоне. Однако его интенсивность еще меньше, чем радиотеплового, и составляет 10-13 Вт/см2. Отсутствие промышленных образцов акустотермометров с необходимой для целей пассивной диагностики точностью определения глубинной температуры и явилось стимулом данного проекта.
О проекте. "Инновационным в проекте является применение для измерения температуры модифицированного модуляционного метода с использованием фокусированного пьезодатчика, который работает в полностью пассивном режиме, ничего не излучает, а только принимает колебания, поэтому абсолютно безопасный для человека, – объясняет профессор Сергей Найда. – Основные характеристики акустотермометра: точность измерения температуры – 0,2 °С; диапазон рабочих частот – 1-3 МГц; максимальная глубина измерения температуры – 7 см; пространственное разрешение – 1 мм".
И далее рассказывает о преимуществах акустотермометра перед другими приборами аналогичного назначения: "В качестве приемника акустического излучения тела человека мы использовали пьезоэлектрический датчик, который, вместе со схемами усиления и детектирования слабого шумового сигнала, обеспечивает высокую точность измерения – 0, 2°С. Это позволяет применить прибор для функциональной ранней диагностики, в том числе и длительного мониторинга грудных детей со дня их рождения. Применение электронной коммутации пьезоприемника и шумового эталона позволило производить измерение глубинной температуры тела человека в реальном масштабе времени. Использование эллиптической линзы для фокусировки приемного ультразвукового пучка позволяет измерять глубинную температуру тела человека одночастотным и одноканальным методом, что обеспечивает большую глубину измерения температуры.
Следует добавить, что интеллектуальная собственность проекта защищена патентом Украины на полезную модель и заявкой на изобретение, владельцем которых является КПИ им. Игоря Сикорского.
Каково же состояние реализации проекта сейчас? В настоящее время разработана методическая основа для расчета акустотермометра и проведена ее экспериментальная проверка, разработан и экспериментально исследован лабораторный макет динамического одночастотного акустотермометра с фокусировкой. Продолжается работа над созданием портативного акустотермометра.