автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Медико-технические проблемы приборной реализации метода КВЧ-терапии и диагностики

>> і С >

_ І|4ЦІ0ї|АЛЬН^Й ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ “КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

На правах рукопису УДК 621.372:621.396

ХУСЕЙН АБДУЛ ХУСЕЙН ЖАБ ЕР

(Ліван)

МЕДИКО-ТЕХНІЧНІ ПРОБЛЕМИ ПРИЛАДОВОЇ РЕАЛІЗАЦІЇ МЕТОДА КВЧ-ТЕРАПІЇ ТА ДІАГНОСТИКИ

05.27.01 - твердотільна електроніка

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Київ 1998

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі Електронних приладів та пристроїв Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" (НТУУ "КШ"). Міністерство освіти України.

Науковий керівник:

Офіційні опоненти

чл.-кор. НАНУ, доктор технічних наук,

професор Гассанов Лев Гасанович, НТУУ ’КШ”.

доктор технічних наук,

професор Мачуський Євгеній Андрійович,

НТУУ "КШ", зав. кафедрою радіоприйому та обробки інформації РТФ, директор КБ "Шторм", кандидат технічних наук,

Глушеченко Едуард Миколайович, начальник відділу мікроелектроніки ДНТЦ “СУЗІР’Я”.

Провідна установа:

НВО "Сатурн", м. Київ.

Захист відбудеться "2-6 ■ 0 _ 1998р. в !п'0() годин на засішнні спеціалізованої

вченої Ради Д01.02.17 у Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 252056, Київ-56, проспект Перемоги, 37, корп. 12, ауд. 114.

З дисертацією можна ознайомиться у бібліотеці НТУУ "КШ"

Автореферат розісланий ОЧ 1998 [

Вчений секретар спеціалізованої вченої Ради Д01.02.17. кандидат технічних наук, професор

Л.Д. Писаренко

В даний час у медичній практиці широко використовується метод КВЧ- терапії з використанням різних видів генераторів міліметрового діапазону. Метод застосовується для лікування різних видів захворювань як в умовах клінічних стаціонарів, а також, особливо в останній час, в амбулаторних умовах поліклінік та медичних центрів. При цьому виникають різні прикладні проблеми і задачі, як медико-біологічного, так само і радіоелектронно-приладового характеру.

Однією з найважчих задач в радіоелектроніці, зокрема біомедичного характера, є визначення місця нових способів використовування сучасних досягнень в низці традиційних, стандартних зразків апаратури. Звичайна ситуація у разі появи нових напрямків - розробка великої кількості зразків радіоелектронної апаратури, методик їх використання без спроб створення універсальності як в підходах так і в апаратурі. В підсумку - зниження ефективності через те, що кожна окрема група приладів з відповідними методичними розробками має окреслені рамки практичного застосування, які з конкретним застосуванням другої групи приладів часто не співпадають. Відсутність виразного результату приводить до розчарування та відмови від перспективних методів. Таким чином, існує необхідність у вирішенні цілої низки задач: по-перше, визначення меж застосування відповідних зразків КВЧ-техніки медичної направленості; по-друге, визначення критеріїв ефективності роботи терапевтичної системи по методикам запропонованим у роботі; по-третє, на підставі результатів, які отримані при вирішенні попередніх задач, необхідно визначити оптимальний режим роботи приладів для КВЧ-терапії та діагностики.

Питання оптимізації як самих генераторів, так і їх взаємодії з дільницями шкіряного покрову людини до цих пір розроблені незадовільно. Таким чином, для підвищення достовірності, ефективності взаємодії електромагнітного випромінювання (ЕМВ) з біологічними об* єктами, необхідно при використанні КВЧ терапевтичної апаратури в клінічній практиці здійснювати об’єктивний контроль режимів роботи апаратури в ланцюгу біологічного зворотнього зв'язку по радіофізичним параметрам опромінених дільниць шкіряного покрову.

На захист виносяться наступні положення:

1. Експериментальна методика термографічного картування біооб’єктів, яка дозволяє проводити вибір типу віпромінювача (на основі якісного аналіза просторового розподілу потужності, яка поглинається у шкірі) та оптимізувати режим широкосмужного узгодження ЕМВ міліметрового діапазону з біооб’єктом.

2. Методика радіофізичного картування біооб'єктів, яка застосовується для вибору режимів роботи генераторно-випромінувального модуля в ланцюгу біологічного зворотнього зв’язку та оцінки ефективності взаємодії ЕМВ і біооб'єкту.

3. Повна електродинамічна та апроксимаційна моделі взаємодії електромагнітного випромінювання міліметрового діапазону з шкірою біооб'єкта (моделюсться у вигляді багатошарової діелектричної структури).

4. Конструкція генераторно-випромінювального модуля міліметрового діапазону у вигляді монолітного генератора на арсенід-гаплієвому польовому транзисторі в режимі генерації другої гармоніки, який електродинамічно зв'язаний з резонаторно-випромінювальною системою на робочій частоті.

5. Електродинамічні моделі та експериментальні конструкції багатошарової широкосмужної системи узгодження ЕМВ КВЧ-діапазону з біологічними об'єктами та напівпрозорої резонансної поверхні для випромінювальної системи.

6. Результати клінічного застосування розроблених у роботі методик, інформаційно-діагностичного програмного забезпечення та приладів.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дослідження визначається необхідністю підвищення ефективності КВЧ-терапії та діагностики, по-перше, за рахунок вибору оптимальних режимів роботи апаратури та, по-друге, об'єктивізації результатів, впливу електромагнітних полів (ЕМП) міліметрового діапазону на біооб'єкти.

Метою дисертаційної роботи є розробка конструкції генераторно-випромінювального модуля (ГВМ) для реалізації метода багатоканальної КВЧ-терапії, оптимізація параметрів генератора в ланцюгу біологічного зворотнього

зв'язку та розробка методики радіофізичного картування біооб'єктів для цілей КВЧ-ді агностики. -

Основні завдання наукового дослідження.

1. Розробка методики об'єктивного контролю параметрів генераторно-випромінювальних модулів міліметрового діапазону, які використовуються в КВЧ-терапії при роботі в ланцюгу біологічного зворотнього зв'язку.

2. Експериментальне дослідження нестаціонарних режимів робота КВЧ-генераторів при роботі на неузгоджену нагрузку.

3. Розробка методики проектування КВЧ-генератора на субмікронному ОаАя ПТШ у режимі генерації гармонік. Теоретичне дослідження режиму генерації вищих гармонік на підставі електрофізичних та топологічних параметрів транзисторних структур.

4. Розробка електродинамічної моделі взаємодії ЕМВ КВЧ-діапазону з модельними біологічними середовищами та побудова обчислювальних процедур для дослідження режиму погодження генератора та розрахунку оптимальної електродинамічної випромінювальної системи.

5. Аналіз режимів енергоживлення генераторно-випромінювального модуля при використанні електродинамічної резонансно-випромінювальної системи та багатошарової узгоджувальної структури.

6. Розробка методики та проведення експериментальних робіт по термографічному та радіофізичному картуванню біооб'єкта.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених у роботі задач використовувались методи обчислювальної математики, функціонального аналізу, спеціальних функцій, апарат матричної алгебри, теорія коливань. Достовірність наукових висновків дисертації підтверджується відтворенням усіх отриманих результатів на різних експериментальних макетах у КВЧ діапазоні; відповідністю натурних та численних експериментів. Коректність запропонованих вперше математичних моделей підтверджена відповідними експериментальними даними. Ефективність запропонованих у роботі методик проектування КВЧ-генераторів, методики розрахунку електродинаміки випромінювачів та узгоджувальної структури підтверджено результатами експериментально досліджених електричних характеристик генераторно-випромінювальних модулів.

З

Наукова новизна роботи. У дисертаційній роботі здобувачем отримано та сформульовано такі нові наукові результати:

1. На основі комплексних досліджень частотної потенційної нестійкості арсенід-гашіієвих ПТШ з субмікронним затвором визначені топологічні та технологічні критерії для польових транзисторів, на яких реалізується генерація вищих гармонік в міліметровому діапазоні. Розроблена методика проектування КВЧ-генераторів з використанням малосигнального моделювання хвильових параметрів розсіяння транзистора.

2. На підставі модельних розрахунків структури ближнього ЕМП випромінювача та радіофізичної моделі біооб'єкту побудована повна електродинамічна модель взаємодії електромагнітного випромінювання з модельним біологічним середовищем (шкіра людини) та, вперше, апроксимаційні моделі, побудовані на підставі апроксимації розподілу енергетичних та радіофізичних характеристик випромінювання та об'єкта, відповідно, при дискретизації областей локального впливу. В електродинамічних моделях враховується розподіл та структура ближніх полів реального випромінювача.

3. Вперше, по результатам математичного моделювання взаємодії у системі “ЕМВ-біооб'єкт”, а також на підставі проведених експериментальних робіт по термографічному та радіофізичному картуванню біооб'єктів був проведений синтез діаграмоутворюючої напівпрозорої поверхні випромінювача та розрахована ефективна система широкополосної трансформації хвильових опорів, яка реалізує режим оптимального узгодження на робочих частотах.

4. Запропоновано алгоритми чисельної обробки даних експериментального радіофізичного картування біооб'єктів, які дозволяють отримати на якісному та кількісному рівні просторовий розподіл ЕМП на поверхні шкіри, прийнятний для точної дозиметрії радіофізичних властивостей біооб'єкта.

Особиста участь автора, в отриманні наукових результатів полягає в розробці теоретичних моделей та методів експериментальних досліджень, постановці та проведенні експериментів, розробці експериментального зразка генераторно-випромінювального модуля міліметрового діапазону.

Практична цінність і реалізація результатів роботи.

1. На підставі проведених експериментальних робіт по термографічному картуванню біооб'єктів з використанням різних типів випромінювачів, був проведений вибір оптимального типу випромінювача по картині просторового

розподілу ЕМВ та обгрунтований оптимальний режим узгодження (вибір положення випромінювача та його віддалення). В роботі на підставі експериментів та модельних електродинамічних розрахунків розроблена оптимальна по узгодженню з поверхнею шкіри, мініатюризована випромінювальна структура у вигляді резонансного напівсферичного рупора. »

2. З використанням модельних електродинамічних розрахунків, структури ближніх полів напівсферичного резонансного випромінювача та експериментальні'/ даних частотних радіофізичних властивостей шкіри, розрахована напівпрозора діаграмоутворююча поверхня для випромінювальної структури, яка дозволяє значно покращити електродинамічні властивості випромінювача в зоні ближніх полів та підвищити ефективність генерації 2-ої гармоніки за рахунок підвищення резонансних властивостей напіввідкритого випромінювача, пов’язаного з коливальною системою генератора.

3. Розрахована багатошарова діелектрична узгоджувальна структура, яка реалізує принцип широкосмужної трансформації хвильових опорів, що дозволяє підвищити ефективність узгодження запропонованого випромінювача та шкіри у зоні ближніх полів до 80-85%.

4. З використанням запропонованої методики проектування КВЧ-генераторів був реалізований монолітний генератор з режимом генерації другої гармоніки на

0.125*250мкм ПТШ, який мас такі основні електричні параметри: робоча частота (2-а гармоніка) - бОГТц; вихідна потужність 0.7-1.25мВт; детектована вихідна потужність на узгодженому випромінювачі 0.2-0.3мВт; частотна вибірковість складає 3%.

5. С використанням запропонованої електродинамічної моделі взаємодії ЕМВ та модельних середовищ (шкіри біооб'єкта), а також апроксимаційних моделей, побудованих з урахуванням дискретизації локальних областей впливу ЕМП, був проведений розрахунок еволюційних залежностей поглиненої (віддзеркаленої) нотужності. Приведені розрахункові залежності складають основу радіофізичної методики картування біооб'єктів, яку рекомендовано використовувати для функціональної клінічної діагностики.

6. Сумісне застосування чисельних оптимізаційних алгоритмів “відтворювання зображень” та експериментальних даних просторового радіофізичного картування біооб'єктів, отриманих з використанням розробленого незбуджуючого зонда КВЧ-поля, дозволяє проводити технічну діагностику випромінювачів та реалізувати режим біологічного зворотнього зв'язку.

Апробація роботи. Основні положення дисертації та результати досліджень закладалися та обговорювалися на науково технічних конференціях "Проблеми фізичної та біомедичної електроніки" , м.Київ в 1996г., 1997г. та 1998г, а також на наукових семінарах кафедри ЕПтаП НТУУ "КПГ.

Публікації. Основні положення дисертації викладені у 5 роботах. Список робіт приведено на останній сторінці автореферату.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, заключения, списку літератури та доповнення. Загальний обсяг роботи 144 машинописних сторінки, в тому числі 27 малюнків. Список цитованої літератури включає 189 робіт.

ЗМІСТ ЮБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, висвітлено сучасний стан проблеми, сформульована мета дисертації та вказана її практична значимість, коротко викладається зміст роботи, проаналізовані методи та об'єкти експериментального дослідження.

У першому розділі проаналізовані медико-біологічні аспекти використання слабоінтенсивних ЕМВ КВЧ-діапазону у медичній практиці. Приведено експериментальні закономірності взаємодії ЕМВ з біооб'єктами. Представлені результати досліджень різних методів електрофізичної діагностики в практиці КВЧ-терапії. Конкретним об'єктом досліджень, є, оцінка ефективності методів експрес діагностики, які дозволяють у реальному вимірі часу спостерігати результат КВЧ-впливу. Аналізуються питання об'єктивізації КВЧ-впливу, режимів роботи КВЧ-апаратури, при цьому комплексна оцінка ефективності міліметрової терапії включає у себе: ефективність роботи існуючих КВЧ-терапевтичних систем; ефективність лікувальних методик, що використовуються, включаючи вибір індивідуальних терапевтичних частот, тривалість сеансів, режими модуляції КВЧ- випромінення, вибір типів випромінювальних головок, методики рефлексогенного впливу та інше. На підставі детального аналізу сучасного стану розробок мікропотужних ГВМ КВЧ-діапазону, існуючих медіко-біологічних експериментів та результатів . клінічних досліджень використання КВЧ-терапії сформульовані технічні вимоги до КВЧ-

генераторів: діапазон робочих частот, смуга перебудови робочої частоти, вихідна потужність ЕМВ, тип випромінюючої системи.

Розглядаються питання розробки інформаційного забезпечення при картуванні біологічних об'єктів та обробки діагностичних даних.

Другий розиіл присвячений дослідженню ефективності використання КВЧ-генераторів медичного застосування залежно від вибору режимів роботи генераторно-випромінювальних модулів.

Розроблена методика радіофізичного картування біооб'єкта - біологічно-активних місць (ВАМ) та рефлексогенних зон, яка дозволяє підготовити та провести машинні експерименти по моделюванню динаміки системи “КВЧ-терапевтична система - біооб'єкт”. Звичайно, що для реального чисельного дослідження необхідна формалізація опису даної системи. Сформульована проблема була вирішена при допомозі розробленої повної електродинамічної моделі взаємодії ЕМП та біооб’єктів. На підставі результатів, отриманих при моделюванні, виділені основні інформативні фактори, які впливають на ефективність радіоелектронних систем КВЧ- терапії. Було проведено якісне порівняння результатів моделювання з результатами натурних експериментів та проведено формулювання загальних висновків, що стосуються об'єктивізації роботи КВЧ- терапевтичних систем.

Електродинамічний аналіз взаємодії ЕМП із шкіряним покровом потребує представлення про ближнє поле випромінювання антени з розкривом у вигляді кола, для чого необхідне проведення розрахунку ортогональних компонент ближнього поля. Для вирішення цієї задачі був проведений розрахунок ортогональних компонент поля випромінювання антени з розкривом у вигляді кола в області дифракції Френеяя. Отримані вирази мають такий вигляд:

Щг(я,т,и) + (.аІг)2,

ч = 0

Еу = і ехр[- і (к2 + Ч'л,)] (а 11)2 цу біп 2<р,

Е, = і ехр[-і'(іг + 4'т)](в/2)^г СОЗр,

Нх = Еуі]є//і ,

Ну = Ех^єҐ(л ,

Н2 = Ег^єІ

Ех = і ехр[-/(Аг+Ч'я)]

спеціальні функції трьох перемінних, а для т £ 10

цх - ііу(\ + 2соб2 <р) + і Ці !и>

(іу = -0.25 /(1)[і/,(«)- / ^2(и)1 »: = -ЛіУі(и),

де * = 2л IX, т = ка112 - “число Френеля", /(1) = ^ Ьд.

Ч = о

Використовуючи існуючи експериментальні результати, що при впливі ЕМВ

міліметрового діапазону змінюються такі радіофізичні параметри БАМ, ж

електричний опір тканини, діелектрична проникливість, ефективна площа седатуемої

БАМ, геометричне положення БАМ відносно радіальної проекції випромінювальної

системи, було сформульовано вимоги для об'єктивної оцінки інформативності цих

параметрів з точки зору їх кореляції з динамікою лікувального процесу.

Приведені також результати експериментів по термографічному та

радіофізичному картуванню біооб'єктів. При цьому аналізується розподіл ЕМП КВЧ

на поверхні шкіряного покрову. Експериментальні дані термографічного картування

використовуються для технічної діагностики випромінювачів та вибору режиму

узгодження у зоні ближніх полів, дані радіофізичного картування використовуються

для об'єктивізації результатів вшшву КВЧ-випромінення в ланцюгу біологічного

зворотнього зв'язку. Відсутність формалізації зв'язків фізіологічних процесів із

вимірюваними у експерименті діагностичними даними ускладнює інтерпретацію

результатів. При такій побудові системи моделювання, формалізація базується на

електродинамічній моделі взаємодії ЕМВ та модельних біооб'єктів.

Зображення розподілу питомої потужності, що поглинається (ППП), яка

виникає під час опромінювання ЕМВ КВЧ-діапазону поверхні шкіри, наведено на

мал.І(а.б). Умови опромінення: вихідна потужність 10-50мВт, / = бОГТц, експозиція і •

2 хвилини, об'єкт опромінення - зовнішня сторона долоні у проекції точки “хе-гу”.

Вихідна потужність при проведені експерименту вибрана більшою за проектну

потужність КВЧ-терапії для підвищення чіткості зображень. Випромінювач та шкіра

узгоджені через багатошаровий діелектричний широкосмужний трансформатор

хвильових опорів. Прогрівається вся дільниця шкіряного покрову, “прикрита”

рупором. При зміні відстані між рупором та шкірою розподіл ППП суттєво

змінюється.

Розподіл температурних полів на поверхні шкіряного покрову, у разі безпосереднього контакту випромінювача та дільниці шкіри через узгоджувальну систему хвильових імпедансів, представлено на мал.І(а). Термограма (А) відповідає розподілу, зафіксованому після експонування ЕМВ при впливі ближніми полями випромінювача, а термограма (В) відповідає розподілу температурних полів без експонування. Відносний розподіл температурних полів на поверхні шкіряного покрову у разі розташування випромінювача на відстані, коли об'єкт розміщується поза зони ближніх полів антени, представлено на мал. 1(6). Термограма (А) відповідає розподілу, зафіксованому при розташузанні випромінювача на відстані 5см від шкіряного покрову, відразу після зняття експонування ЕМВ КВЧ, а термограма (В) відповідає розподілу температурних полів при розташуванні випромінювача на відстані 10см від шкіряного покрову. В обох випадках просторовий розподіл ЕМВ суттєво неоднорідний. Але на мал.1(а) неоднорідність відповідає розподілу ЕМВ у розкриві випромінювача, в той час як на мал. 1(6) місцерозташування місцевих локальних максимумів у шкірі не співпадає з центром випромінювача. У цьому разі можна стверджувати, що розміщення об'єкта у зоні ближніх полів випромінювача оптимально та ефективно. Таким чином, метод термографічного картування використаний для візуалізації розподілу поглиненої потужності по поверхні опромінюванногс об'єкту та для контролю та оптимального вибору антен.

В третьому розділі приведено розрахунок характеристик зондів КВЧ- поля, розглянуті їх основні конструктивні особливості. Завдяки використанню в якості детектируючого елемента діода Шоттки, запропонована конструкція зонда з широкосмужною частотною характеристикою у діапазоні 55-70 ГГц. Рівномірність частотної характеристики та рівня вихідного сигналу досягається шляхом введення діелектричної підкладинки для зонда. Суттєве вирівнювання , частотної характеристики досягається при використанні в якості підкладинки діелектричного лавсана, вкритого шаром ферроепоксіду.

Для цілей практичного використання зонда при вимірюванні розподілу та локалізації ЕМП на поверхні шкіряного покрову важливі такі характеристики як роздільна здатність та чутливість. Був проведений розрахунок чутливості та роздільна здатність КВЧ зонда для конструкції, приведеної в роботі. На підставі розрахунків отримано, що роздільна здатність дипольної антени у напрямку, перпендикулярному осі диполя (паралельно поверхні скануємо! дільниці шкіри) складає 1-2 мм при чутливості достатній, для реєстрація розподілу ППП. Однак роздільної здатності антени до 2 мм на поверхні шкіряного покрову недостатньо для аналізу одержаних експериментальних даних (у відповідності з методикою радіофізичного картування біооб'єктів) та проведення експрес діагностики функціонального стану хворого або електродинамічних властивостей випромінювачів.

Конструктивно можливо збільшити роздільну здатність зонда, зменшуючи довжину антени, що в свою чергу зменшує чутливість зонда. Таким чином, обговорюваний метод є неприйнятним. В роботі для вирішення цієї проблеми запропоновано ефективний метод інтегральних перетворень. Метод базується на знаходженні істинного розподілу (розз'язок задачі), математичною моделлю якого є інтегральна форма Лебега. Послідовно використовується перехід до зображення цього розв'язку, потім побудова рівняння для вказаного зображення і вже по здобутому з даного рівняння зображенню із допомогою зворотнього перетворення знаходять відшукуване рішення (оригінал) базової задачі. З використанням даного метода можливо підвищити роздільну здатність зонда до 0.1 мм. Однак м'язова динаміка шкіряного покрову обмежує роздільну здатність. На практиці, при відповідній чисельній обробці експериментальних даних, вдається отримати просторовий розподіл на поверхні шкіряного покрову 0.3 мм, що в повній мірі достатньо для подальших досліджень та інтерпретації отриманих експериментальних результатів. '

Наведено приклад обробки даних радіофізичного картування дільниці поверхні шкіри 10*10мм (кількість точок дискретизації лри вимірюванні - 20 в одному напрямку). Для візуалізації експериментальних даних та отримання контрастних зображень в роботі використовувався метод комп'ютерної фільтрації зображень (евристичне розпізнавання двовимірних зображень) фінітними фільтрами

з нормуванням розподілу інтенсивності. Отримані в результаті комп'ютерної обробки зображення мають добру контрастність та придатні для кількісного аналізу.

В четвертому позділі приведено дослідження енергетично-оптимальних схем КВЧ-діапазону. Недоліки традиційної побудови ГВМ, які обмежують основні енергетичні та конструкторсько-технологічні характеристики пристроїв, обумовили необхідність синтезу більш ефективних генераторно-випромінювальних модулів міліметрового діапазону. Аналіз структури та характеру розподілу електромагнітних полів збуджуючого випромінювача та коливальної системи дозволив зробити висновок про можливість об'єднання функцій випромінювача та коливальної системи в єдиному антенно-резонаторному елементі. Отримані результати, разом з вимогами максимальної експлуатаційної простоїм та особливостями метода багатоканальної КВЧ-терапії, були реалізовані в індивідуальному приладі для КВЧ-терапії. Прилад виконаний, як генераторно-випромінювальний модуль, по гібридно-інтегральній технології.

Розроблена топологія генератора з каналізацією енергії другої гармоніки на частоті 2/о = бОГГц (мал.2). Потужність генератора на другій гармоніці через систему узгоджувальних шлейфів та резонансно-щеяевого випромінювача підводиться до електродинамічної системи "напівсферичний резонатор (2/с) - випромінювач". Умови зміщенім по постійному струму на затворі та на стоці польового транзистора забезпечують найбільшу ефективність генерації гармонік при відповідному вихідному

узгодженні (Р^=ЗВ, Уф=-1.г ... 0В). У генераторі використовується

безкорпусний ПТШ із топологією затвора 0.25 * 500мкм, напругою пробою 12В, струмом стоку насичення 30-40мА, коефіцієнтом підсилення в малосигнальному режимі 7-8дБ, при вимірюванні на частоті ЗОГГц.

У схемі генератора (мал.2) зворотній зв'язок був виконаний у вигляді паралельних зв'язаних ліній Т4, Т7, які доповнені шлейфами ТЗ, Т5 та Т8, за допомогою яких забезпечується генерація на основній частоті ЗО ГГц та зворотній зв'язок на другій гармоніці. Контур подачі напруги на затвор та сток складається з двох ИС елементів та відрізків ліній Т2,Т9. Вивід істока заземлений по постійному

струму. Зв'язані шлейфи Т6 забезпечують вихідне узгодження з антенно-резонаторною системою на частоті другої гармоніки.

у ЗОрР Т4 7 Ош

=|= ЗОрИ

ШШ

тю

5 От

І

Мал.2.

Далі був проведений конформний синтез напіввідкритої антени - резонатора по частотним та енергетичним характеристикам. Розрахунок електродинаміки резонаторної системи виконаний з використанням узагальнюючого метода власних коливань, в якому введені та ефективно використовуються незатухаючі коливання, які мають дискретний спектр на дійсній частоті. Вибір тонких напівпрозорих поверхонь резонаторно - випромінювальної системи, які використовуються в якості зовнішньої поверхні відкритих резонаторів, заснований на їх точному електродинамічному формулюванні із граничними умовами визначеного типу (використовувані напівпрозорі поверхні повинні мати провідність або по двом напрямкам (або електричну та магнітну), або по одному напрямку (електричну та магнітну)).

Розрахована електродинамічна антенно-резонаторна система е оптимальною по широкополосному узгодженню з шкіряним покровом. Задача олтимізації режимів роботи ГВМ адаптувалася до проблеми комплексного узгодження вихідного ЕМВ та шкіряного покрову людини. Також в розділі був проведений розрахунок багатошарової узгоджувальної діелектричної структури по параметрам ЕМВ даного генераторно-випромінювального модуля та діелектричним властивостям шкіри у даному частотному діапазоні. Таким чином, проведені у даному розділі розрахунки електродинаміки антени та режиму узгодження, а також експериментальні результати розподілу збуджуючого ЕМВ в приповерхневому шарі шкіри (для різних типів

випромінювачів), які отримані методом термографії в інфракрасних полях, дозволяють забезпечити оптимальний розподіл ЕМП на опромінюваних ділянках шкіри біооб'єкта та досягти максимального поглинання в шкірі на резонансних частотах КВЧ-діапазону.

Проведена чисельна оптимізація режимів роботи КВЧ генератора дозволяє суттєво підвищити ефективність КВЧ-терапевтичної апаратури, а використання методики радіофізичного картування біооб'єктів відкриває нові перспективи у діагностичних медичних технологіях.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. Вперше запропонована енергетично-оптимальна конструкція ГВМ, яка складається із монолітного генератора на бОГТц, напіввідкритої резонаторно-випромінювальна системи, резонансної діаграмоутворюючої поверхні та багатошарової діелектричної системи узгодження. Ця конструкція має суттєві переваги. Це, по-перше, мініатюрність, яка досягається за рахунок оригінальної резонансно-випромінювальної системи. Це дозволяє реалізувати метод багатоканальної КВЧ-терапії, тобто одночасний збуджуючий вплив на декілька активних БАМ, що принципово неможливо для іншої апаратури. По-друге, це максимальна ефективність узгодження випромінювача та шкіряного покрову, що досягнуто за рахунок оптимізації розподілу ближніх полів випромінювача та створення ефективної системи узгодження. Це, в свою чергу, дозволяє підвищити ефективність КВЧ-терапії. Третя перевага - вартість приладу набагато нижча вартості іншої апаратури для КВЧ-терапії.

2. Проведено синтез резонансної напівпрозорої поверхні випромінювача по заданій структурі ближніх полів. Це дозволяє отримати в розкриві випромінювача синфазний розподіл ближніх полів, а на поверхні шкіри - оптимальну концентрацію поля під випромінювачем.

3. Вперше запропонована та реалізована методика експериментального термографічного картування біооб'єкта для технічної діагностики електродинамічних, випромінювальних властивостей антен та оптимізації режиму узгодження. Методика є високовартісною і тому її рекомендовано використовувати ка етапі тестування апаратури. Методика дозволяє, по-перше, визначити монохроматичність вихідного випромінення на резонансній частоті біооб'єкту, по-

друге, вибрати оптимальний випромінювач і, по-третє, оптимізувати розташування випромінювача та режим узгодження.

4. Вперше запропонована та реалізована діагностична методика радіофізичного картування людини. Методика заснована на отриманні та інтерпретації радіофізичних властивостей об'єкта у зоні впливу ЕМВ. Методика дозволяє реалізувати біологічний зворотній зв'язок у системі “ЕМВ-людина” на радіофізичному рівні. Перевагою ціа методики в порівнянні з існуючими -біофізично» та клінічною - є первинна рецепція ЕМВ КВЧ-діапазону в області БАМ, а не суб’єктивна кореляція режимів впливу, що визначена через систему біофізичних параметрів. Аналогічних методик в практиці КВЧ-терапії немає.

5. Запропоновано конструкцію зонда КВЧ поля для цілей радіофізичного картування біооб'єктів. Зонд пристосований для роботи в ланцюгу біологічного зворотнього зв'язку. Запропоновано також математичне, алгоритмічне та програмне забезпечення для обробки та відтворення радіофізичних даних.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНІ В РОБОТАХ

1. Гассанов Л.Г., Жабер Хусейн Абдул Хусейн Медико-технические проблемы приборной реализации методов КВЧ-диагностики// Электроника и связь - №3. - Часть 1 -1997. - с.93-108.

2. Жабер Хусейн Абдул Хусейн Генераторно-излучающий модуль для

многоканальной КВЧ-терапии// Электроника и связь.- №3. - Часть2-1998. - с.65-70.

3. Гассанов Л.Г., Жабер Хусейн Абдул Хусейн Радиофизический метод

картирования БАТ и рефлексогенных зон// Электроника и связь,- №4. -

1998.-с.111-116.

4. Гассанов Л.Г., Кобах Н.Н., Жабер Хусейн Абдул Хусейн Объективный контроль параметров КВЧ-генераторов медицинского применения// Сборник докладов Международной научно-технической конференции “Проблемы физической и биомедицинской электроники”. - Киев, 18-20 мая 1995г. - с.35-37.

5. Гассанов Л.Г., Жабер Хусейн Абдул Хусейн Проектирование КВЧ-

генераторов на ОаАз субмикронных ПТ1І17 Сборник докладов Международной научно-технической конференции “Проблемы физической и биомедицинской электроники”. - Киев, 27-30 мая 1996г. - с.272-275.

ІА

Хусейн Абдул Хусейн Жабер. Медико-технічні проблеми приладової реалізації метода КВЧ-терапії та діагностики (рукопис). Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.27.01 - Твердотільна електроніка. Національний технічний ун;верситет України "Київський політехнічний інститут", Київ, 1998р.

Захищаються результати теоретичних та практичних досліджень по створенню генераторно-випромінювального модуля міліметрового діапазону для КВЧ-терапії та радіофізичні аспекти взаємодії електромагнітного випромінювання КВЧ-діапазону і біооб'єктів, які становлять базу розробленої методики радіофізичного (термографічного) картування біооб'єктів. Здійснено впровадження запропонованих методик та рішень у медичну практику.

Ключові слова: генераторно-випромінювальний модуль, СаАв ПТІН,

електромагнітне випромінювання, біооб'єкт, КВЧ-терапія.

АННОТАЦИЯ

Хусейн Абдул Хусейн Жабер. Медико-технические проблемы приборной реализации метода КВЧ-терапии и диагностики (рукопись). Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.27.01 -Твердотельная электроника, Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев, 1998г.

Защищаются результаты теоретических и практических исследований по созданию генераторно-излучзющих модулей миллиметрового диапазона для КВЧ-терапии и радиофизические аспекты взаимодействия электромагнитного излучения КВЧ-диапазона и биообъектов, положенные в основу разработанной методики радиофизического (термографического) картирования биообъектов. Осуществлено внедрение предложенных методик и решений в медицинской практике.

Ключевые слова: генераторно-излучающий модуль, ОаАз ПТШ,

электромагнитное излучение, биообъект, КВЧ-терапия.

ABSTRACT

Hussein Abdul Hussein Jaber. '

Medical-Technical Problems of Device Realization of the SHF Therapy and Diagnostic Method. Summary of the Ph.D. Thesis on Solid State Electronics (including Functional Electronics) (Speciality № 05.27.01). National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”. Kiev, 1998.

Results of theoretic and experimental studies on millimeter-wave generator-radiative modules making for SHF therapy and radio-physic aspects of interaction of SHF-band electromagnetic radiation and biological objects are given, which are the basis of the method of radio-physic (thermographic) mapping of biological objects. Introduction of offered engineering techniques and decisions is carried out in medicine.

Key words: generator-radiative module, GaAs MESFET, electromagnetic radiation, biological object, SHF therapy.

Здобувач

Хусейн Абдул Хусейн Жабер