Медицинская Техника / Медицинская техника №4, 2023 / с. 33-36

Математическое моделирование теплообменных процессов в головном мозге при наличии патологии для проектирования микроволнового радиотермографа

М.К. Седанкин, А.Г. Гудков, И.В. Нелин, В.А. Скуратов, В.Ю. Леушин, С.В. Чижиков, И.А. Сидоров

Аннотация

Проведено математическое моделирование теплообменных процессов в головном мозге при наличии злокачественной опухоли на основе численного решения уравнения тепломассопереноса для биологических тканей. Рассчитано распределение температуры в головном мозге с опухолью. Получены данные, подтверждающие перспективы применения микроволновой радиотермометрии для диагностики и контроля лечения заболеваний головного мозга.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Михаил Константинович Седанкин, канд. техн. наук, ст. научный сотрудник, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана»,

Александр Григорьевич Гудков, д-р техн. наук, профессор, кафедр «Технологии приборостроения», ФГБОУ ВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана»,

Игорь Владимирович Нелин, канд. техн. наук, доцент, ФГБОУ ВО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)», г. Москва,

Виктор Андреевич Скуратов, научный руководитель, ООО «СВЧ-КОНСТРУКТОР», г. С.-Петербург, г. Пушкин,

Виталий Юрьевич Леушин, канд. техн. наук, ст. научный сотрудник, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана»,

Сергей Владимирович Чижиков, мл. научный сотрудник, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана», генеральный директор, ООО «НПП «Технологические инновации»,

Игорь Александрович Сидоров, канд. техн. наук, ст. научный сотрудник, ФГБОУ ВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана», г. Москва,

e-mail: profgudkov@gmail.com

Список литературы

1. Sung H. et al. Global cancer statistics 2020: GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries // CA: A Cancer Journal for Clinicians. 2021. Vol. 71. № 3. PP. 209-249.

2. Bredlau A.L. et al. Thermal therapy approaches for treatment of brain tumors in animals and humans // Critical Reviews in Biomedical Engineering. 2016. Vol. 44. № 6. PP. 443-457.

3. Toutouzas K. et al. Morphological and functional assessment of carotid plaques have similar predictive accuracy for coronary artery disease // Stroke. 2013. Vol. 44. PP. 2607-2609.

4. Shevelev O. et al. Using medical microwave radiometry for brain temperature measurements // Drug Discovery Today. 2021. Vol. 3. PP. 881-889.

5. Седанкин М.К. и др. Применение микроволновой радиотермометрии в неврологии // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. № 1. С. 60-72.

6. Gudkov A.G. et al. Use of multichannel microwave radiometry for functional diagnostics of the brain // Biomedical Engineering. 2019. Vol. 53. № 2. PP. 108-111.

7. Rodrigues D.B. et al. Microwave radiometry for noninvasive monitoring of brain temperature / In: Emerging Electromagnetic Technologies for Brain Diseases Diagnostics, Monitoring and Therapy. – Springer, Cham, 2018. PP. 87-127.

8. Vesnin S.G. et al. Portable microwave radiometer for wearable devices // Sensors and Actuators A: Physical. 2021. Vol. 318. P. 112506.

9. Drossos A., Santomaa V., Kuster N. The dependence of electromagnetic energy absorption upon human head tissue composition in the frequency range of 300-3000 MHz // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2000. Vol. 48. № 11. PP. 1988-1995.

10. Konstas A.A. et al. A theoretical model of selective cooling using intracarotid cold saline infusion in the human brain // Journal of Applied Physiology. 2007. Vol. 102. № 4. PP. 1329-1340.

11. Wessapan T., Srisawatdhisukul S., Rattanadecho P. Specific absorption rate and temperature distributions in human head subjected to mobile phone radiation at different frequencies // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2012. Vol. 55. № 1-3. PP. 347-359.

12. Collins C.M., Smith M.B., Turner R. Model of local temperature changes in brain upon functional activation // Journal of Applied Physiology. 2004. Vol. 97. № 6. PP. 2051-2055.

13. Cvetkoviж M., Poljak D., Hirata A. The electromagnetic-thermal dosimetry for the homogeneous human brain model // Engineering Analysis with Boundary Elements. 2016. Vol. 63. PP. 61-73.

14. Hasgall P. et al. IT’IS Database for thermal and electromagnetic parameters of biological tissues (Ver. 4.1). – Elsevier: Boston, FL, USA, 2022.

15. Yacoob S.M., Hassan N.S. FDTD analysis of a noninvasive hyperthermia system for brain tumors // Biomedical Engineering Online. 2012. Vol. 11. № 1. PP. 1-22.

16. Bousselham A. et al. Towards reinforced brain tumor segmentation on MRI images based on temperature changes on pathologic area // International Journal of Biomedical Imaging. Vol. 2019. Art. ID 1758948. P. 18.

17. Yin L. et al. Inducing therapeutic hypothermia via selective brain cooling: A finite element modeling analysis // Medical & Biological Engineering & Computing. 2019. Vol. 57. PP. 1313-1322.

18. De Oliveira M.M., Wen P., Ahfock T. Heat transfer due to electroconvulsive therapy: Influence of anisotropic thermal and electrical skull conductivity // Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2016. Vol. 133. PP. 71-81.

19. Kazemi Alamouti A. et al. Numerical study on the effects of blood perfusion and tumor metabolism on tumor temperature for targeted hyperthermia considering a realistic geometrical model of head layers using the finite element method // SN Applied Sciences. 2021. Vol. 3. PP. 1-17.

20. Ibrahiem A. et al. Analysis of the temperature increase linked to the power induced by RF source // Progress in Electromagnetics Research. 2005. Vol. 52. PP. 23-46.

21. Figueiredo A.A.A. et al. Influence analysis of thermophysical properties on temperature profiles on the breast skin surface // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2020. Vol. 111. P. 104453.