Исследование собственного электромагнитного излучения человека в медицинских целях проводят на кафедре РСС ТУСУРа

«С раннего возраста меня больше интересовало не само функциональное назначение вещей, а то, как они устроены внутри, почему это работает именно таким образом», – вспоминает о детстве старший научный сотрудник кафедры РСС доцент Антон Викторович Убайчин. Впоследствии это предопределило выбор университета, факультета и кафедры. В процессе обучения на радиотехническом факультете те возможности творческого развития, которые предоставило групповое проектное обучение, позволили в полной мере раскрыть тягу к непознанному. «А чем больше начинаешь разбираться, тем интереснее становится, больше вдохновляешься… Это крайне захватывающий процесс», – уверен молодой учёный.

Электромагнитное излучение на службе здоровья

Сегодня в круг интересов Антона Убайчина входит исследование электромагнитного излучения, порождённого материальными объектами. Этой темой он занимается уже более 12 лет. За это время творческим коллективом кафедры РСС в данном направлении была проведена большая работа в рамках ГПО, дипломных работ бакалавров, магистерских диссертаций и подготовки кадров высшей научной квалификации (аспирантов). Исследования проводятся как в специальном, так и в гражданском направлении этой темы. Но, пожалуй, самым актуальным является медицинское направление – возможность исследования внутренней температуры неинвазивным методом. И сфера применения наработок в этой области очень широка.

Внутренняя температура может являться маркером развития онкологических заболеваний. В этом направлении учёные кафедры РСС активно работают над созданием современных средств, способных проводить неинвазивные измерения внутренней температуры, строить двухмерные и объёмные радиотепловые карты распределения внутренней температуры. Это улучшит диагностические возможности медицины.

Принцип работы таких систем основывается на установленном факте: структурному изменению клеток ткани при онкологическом заболевании предшествует локальное повышение температуры, которое связано с ускорением метаболизма, вызванным ускоренным ростом клеток.

«Основные усилия мировых конкурирующих коллективов направлены на увеличение глубины зондирования и создание радиотепловых объёмных карт внутренней структуры всего организма человека. В перспективе процесс таких исследований может напоминать нахождение в досмотровой камере в аэропорту. Представьте, что вы заходите в такую же камеру с многочисленными датчиками и поднимаете руки. Аппарат при этом выстраивает объёмную модель распределения температуры внутри вас – шикарные возможности для медицинской диагностики. Информативно. Безвредно. Неинвазивно. И очень сложно, во всяком случае, на текущий момент», – рассказывает о трудностях, с которыми предстоит справиться исследователям и разработчикам Антон Убайчин.

Дело в том, что электромагнитные волны крайне затруднительно проходят через тело человека. В связи с этим любая задача, которая связана с приёмом и без того сверх малых сигналов, с глубины 10 – 15 см и более, кратно усложняется. Для регистрации слабого излучения требуются сверхвысокочувствительные приёмники, которые позволяют «смотреть» глубоко и с заданной погрешностью измерений. Создание таких приёмников, специализированных антенн и обработка результатов измерений – достаточно сложная, наукоёмкая задача. Однако команде Убайчина уже удалось добиться в этом направлении исследований больших успехов. Разработаны макеты измерительных систем, позволяющих оценивать внутреннюю температуру путём измерения электромагнитного излучения с глубины до 8,5 см с заданным уровнем погрешности 0,1°С.

Термометрия без обмана

Прошедший 2020 год приучил жителей Земли следить за изменением температуры тела. На рынке представлено множество решений, основанных на измерении мощности теплового излучения человека: от ручных пирометров до термошлюзов. Основной принцип работы таких приборов связан с измерением уровня ИК-излучения объектов. И в этом – главная проблема. Измерение инфракрасными приборами проводится с поверхности тела. При длительном нахождении на холоде температура кожных покровов может опускаться намного ниже внутренней температуры тела. В таких условиях определить повышение температуры тела на один градус выше нормы у человека почти невозможно. Кроме того, пирометр, основанный на измерении ИК-излучения, легко обмануть. Инфракрасное излучение быстро затухает на оптически непрозрачных преградах. Причём такой преградой может стать даже тонкая полиэтиленовая плёнка.

В 2021 году Антон Убайчин выиграл грант на разработку неинвазивной диагностической системы массового скрининга на основе пассивного дистанционного измерения внутренней температуры тела человека.

«По сути это сенсор, который позволит дистанционно «заглядывать» внутрь человека через кожу и даже через одежду, измеряя внутреннюю температуру тела благодаря измерению электромагнитного излучения человека, – рассказывает об этой перспективной разработке молодой учёный. – Такие сенсоры могут найти широкое применение в рамках контроля температуры в потоке граждан, заходящих в здания, для отсеивания заболевших. Это одна из наших самых приоритетных задач».