Радиофизики ТГУ разрабатывают устройство, которое будет способно на ранней стадии выявлять рак молочной железы, а также проводить неинвазивную диагностику крови и заболеваний внутренних органов с помощью радиоволн. Система представляет собой полусферу из тонкого пластика, на которой расположен набор датчиков. По предварительным экспериментам устройство способно выявлять неоднородности с помощью анализа диэлектрической проницаемости.
– Сейчас наиболее распространенный метод диагностики внутренних
органов человека – это рентгеновская томомография, но он работает для
поиска уплотнений тканей. Однако часто плотность тканей не характеризует
возникновение опухоли и это затрудняет диагностику, – говорит Владимир Якубов.
– Более точный параметр – диэлектрическая проницаемость среды. Она в
основном определяется содержанием влаги, чем массы. Изменение
концентрации воды отражается при возникновении разного рода заболеваний
при ранней диагностике. Таким образом, анализ и диагностику патологий
можно проводить с помощью радиоволн.
Ученые провели ряд предварительных исследований, выявляя инородные предметы в застывшем свином жире, который можно использовать как упрощенную модель грудной железы женщины. В результате были разработаны такие методы фокусировки излучения, которые позволяют получать изображения скрытых внутри жира неоднородностей. Используя этот метод, радиофизики планируют создать систему для ранней диагностики рака молочной железы.
Радиоизлучение делится на ближнюю и дальнюю к источнику зоны. Дальняя зона в свою очередь состоит из зоны Френеля и зоны Фраунгофера. Как правило, на практике для создания систем связи и радиолокации ученые используют зону Фраунгофера. Граница перехода от ближней к дальней зоне достаточно резкая и называется каузальной поверхностью. Ближнюю же зону, почти всегда, стараются уменьшить, повышая эффективность антенн. Однако, радиофизики ТГУ считают, что для неинвазивной диагностики заболеваний ключевой является именно ближняя зона.
– В средах с большим поглощением (земля, вода) электромагнитная волна затухает очень быстро. Как правило, радиоволны, попадая на человека, экспоненциально, то есть очень быстро поглощаются в первых же миллиметрах кожи и не проходят внутрь человека. Здесь возникает, так называемый, скин-слой, который и препятствует радиоволнам. Речь идет о волнах, используемых телевидении и в смартфонах, – говорит профессор радиофизического факультета Владимир Якубов. – С точки зрения безопасности человека это хорошо, организм достаточно защищен. Другое дело, когда мы осуществляем диагностику внутренних органов человека. Здесь проникновение электромагнитного поля внутрь человека просто необходимо. Но как это сделать? Нами установлено, что поле в ближней зоне не имеет экспоненциального ослабления, а значит, оно может хорошо проникать внутрь человека. Достаточно лишь расширить границу ближней зоны – каузальную поверхность, например, путем уменьшения используемой частоты. Варьируя эту границу, можно увеличивать или уменьшать проникновение радиоволн в тело человека, чтобы проводить его диагностику.
Исследование ведется на базе радиофизического факультета и Сибирского физико-технического института. Проект поддержан фондом им. Д.И. Менделеева и грантом РНФ. Свои исследования радиофизики уже представили в ряде статей, например, «Wave Diagnostics and Forcing» в «Russian Physics Journal».