Підвищення точності вимірювання температури біологічних об’єктів
Автор: Цимбалюк Анастасія Володимирівна
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютеризовані системи управління та автоматика
Інститут: Інститут комп'ютерних технологій, автоматики та метрології
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Цимбалюк А.В., Степаняк М.В. (керівник). Підвищення точності вимірювання температури біологічних об’єктів. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2020. Розширена анотація. Відсутність достатньо повного якісного і кількісного опису поведінки температурних полів в різних органах людини, як при наявності патологічних процесів, так і при їх відсутності, істотно ускладнює розробку дієвих методик медичної діагностики. У ході виконання магістерської кваліфікаційної роботи було проаналізовано роботи присвячені описанню, математичного моделювання та інтерпретації даних, одержуваних за допомогою мікрохвильової радіотермометрії, для вирішення зазначеної проблеми. Довгий час мікрохвильова РТМ була переважно експериментальною областю. Уявлення про глибинні вимірювання грунтувалися або на експериментальних даних, або на спрощених рівняннях. Опрацьовані матеріали дають лише приблизне уяву про глибину вимірювання температури. Для більш точної оцінки глибини вимірювання, особливо для тканин з низьким вологовмістом, потрібна побудова повних математичних моделей, заснованих на чисельному розв’язку рівняння теплопровідності і рівнянь Максвелла для багатошарової середовища з втратами. Варто відзначити, що глибина вимірювання залежить не тільки від обраного діапазону робочих частот радіотермометрії, але і від конструкції антени, зокрема її діаметра і висоти. Тому була розроблена серія мініатюрних антен-аплікаторів діаметром 8, 15, і 22 мм для неінвазивного вимірювання температури тканин організму людини при різних патологіях. Об’єкт дослідження – процес формування і розподілу теплових полів в біологічних об’єктах, а саме тіла людини, серіяантен-аплікаторівдля неінвазивного вимірювання температуритканин організму людини. Предмет дослідження – удосконалення метода і розробка серіїантен-аплікаторівдля неінвазивного вимірювання температуритканин організму людини. Мета дослідження - формування принципів побудови та створення засобів вимірювання інвазійної температури підвищеної точності біологічних об’єктів, а саме тіла людини. Проведено математичне моделювання власного випромінювання біологічних тканин людини на основі чисельного рішення рівняння теплопровідності і чисельного рішення рівнянь Максвелла для багатошарового середовища при наявності злоякісної пухлини, та запропоновано методи та засоби вимірювання інвазійної температури внутрішніх шарів тіла людини. Було створено методику інвазійного вимірювання температури внутрішніх шарів тіла людини. Отримано апроксимаційні формули для розподілу температури в молочній залозі при наявності злоякісної пухлини. На основі математичного моделювання проведено аналіз трьох мініатюрних антен-аплікаторів діаметром 8, 15 і 22 мм, призначених для вимірювання власного випромінювання тканин людини за допомогою мікрохвильового радіотермометрії. Встановлено, що мініатюрні антени, побудовані на базі круглого хвилеводу, заповненого діелектриком з високим значенням діелектричної проникності, мають більш високу роздільчу здатність в порівнянні з існуючими антенами. Здатність ефективніше виявляти температурні аномалії невеликих розмірів.В результаті проведеного математичного моделювання отримані залежності розподілу температур всередині молочної залози при наявності злоякісної пухлини на різних глибинах. Це можна застосувати практично, так як результатитеоретичних та експерпериментальних досліджень дозволять вирішувати проблемні питання медичної діагностики в онкології, що дозволить на ранніх стадіях виявляти злоякісні ракові пухлини людини та лікувати їх. Ключові слова –рак молочной залози, неінвазивність, мікрохвильова мамографія, математична модель,антена-аплікатор, внутрішня температура, розробка, глибинна температура. Перелік використаних літературних джерел. 1. В.П. Авдошин, М.И. Андрюхин, В.Н. Ширшов. Глубинная радиотермометрия в диагностике и оценке эффективности лечения урологических заболеваний — М.: Квантовая медицина, 2007. — 209 c. 2. Авраменко, Г.В. Использование радиотермометрии в скрининге непальпируемых новообразований молочных желез. Вестник рентгенологии и радиологии. - М.: Рид Групп — 2007. — № 5. — C. 11–14. 3. А.С. Астахов, В.В. Бумагин, П.А. Крылов. Эмпирическое изучение алгоритмов выделения контура для прототипа ЭС сортировки клеток. Результаты научных исследований и разработок : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. — Стерлитамак, 2015. — C. 7–11. 4. Е.В. Астраханцева, В.Ю. Гидаспов, Д.Л. Ревизников. Математическое моделирование гемодинамики крупных кровеносных сосудов - М.: Рид Групп — 2005. — № 17 (8). — C. 61–80. 5. А.К. Богданов, В.Д. Проценко. Практические применения современных методов анализа изображений в медицине — М. : Изд-во РУДН, 2008. — 77 c. 6. Борисенков, М.Ф. Риск развития рака у женщин: возможная связь с географической широтой и некоторыми экономическими и социальными факторами. Вопросы онкологии. - М.: Рид Групп — 2011. — Т. 57, № 3. — C. 343. 7. Буваев, Ш.И. Микроволновая радиотермометрия в исследовании лимфатических узлов шеи в норме и при метастатическом поражении у больных раком гортани. - М.: Рид Групп — 2012. — № 3. — C. 97–100. 8. S.K. Hamlin, P.Z. Strauss. Critical care nursing clinics of north America. — 2014. — Vol. 26 (3). — P. 337–344. 9. Herman, I.P. Physics of the Human Body. — Berlin ; Heidelberg : Springer-Verlag, 2007. — 880 p. 10. M. Heijblom, M. Klaase, F.M. Engh, M. Heijblom. Imaging tumor vascularization for detection and diagnosis of breast cancer - Technol. Cancer Res. Treat. — 2011. — Vol. 10 (6). — P. 607–623. 11. S.W. Shin, K.S. Kim, J.W. Lee, J.S. Han, K.H. Neo. Implementing Graphic User Interface System for Microwave Radiometry Data to Utilize Breast Cancer Diagnosis - The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. — 2013. — Vol. 62, № 6. — P. 818–824. 12. С.Г. Веснин, А.М. Каплан, Р.С. Авакян. Медицинский альманах. — М.: Рид Групп- 2008. — № 3. — C. 82–87. 13. Веснин, С.Г. Сравнение микроволновых антенн-аппликаторов медицинского назначения. Биомедицинская радиоэлектроника.– СПб.: Символ-Плюс — 2012. — № 10. — C. 63–74. 14. А.А. Терпиловский, Х.П. Тирас, А.В. Хоперсков, В.В. Новочадов. Возможности полноцветной трехмерной реконструкции биологических объектов методом послойного наложения. – СПб.: Символ-Плюс — 2015. — № 4 (14). — C. 9–19. 15. Лосев, А.Г. Об одном алгоритме классификации в методе комбинированной термометрии диагностики венозных заболеваний. - СПб.: БХВ-Петербург. — 2011. — № 5 (55). — C. 268–270. 16. Веснин С. Г., Каплан М. А., Авакян Р. С. Современная микроволновая радиотермометрия молочных желез. Опухоли женской репродуктивной системы: ежеквартальный научно-практический журнал.— СПб.: БХВ-Петербург – 2008. – № 3. С. 28–33. 17. Barrett A. H., Myers P. C., Sadowsky N. L. Microwave Thermography in the Detection of Breast Cancer - Am. J. Roentgenol. – 1980. – Vol. 34 (2). – P. 365–368. 18. Carr K. L., E l-Mahd i A. M., Shaeffer J. Passive Microwave Thermography Coupled with Microwave Heating to Enhance Early Detection of Cancer - Microwave J. – 1982. – Vol. 25. – P. 125–136. 19. Сarr K. L. Microwave Radiometry: its Importance to the Detection of Cancer - IEEE Trans. Microwave Theory Tech. - O`Reilly. – 1989. – Vol. 37 (12). – P. 1862–1869.