КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 18-75-10101

НазваниеРазвитие представлений об особенностях ближнепольного взаимодействия электромагнитного излучения в широкой полосе частот с диагностируемой биологической средой для создания на этой основе новой технологии неинвазивной глюкометрии

РуководительЗавьялова Ксения Владимировна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет", Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2018 - 06.2021

Конкурс№30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-601 - Физические воздействия в медицине

Ключевые словаближнее поле, скин-слой, ближняя зона, поле излучения, спектроскопия, электромагнитное излучение, неинвазивные технологии, дистанционное зондирование

Код ГРНТИ76.03.29

СтатусУспешно завершен

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
В данном проекте предлагается исследование особенностей ближнепольного взаимодействия электромагнитного излучения в широкой полосе частот (ближнепольная радиоволновая диагностика или микроскопия) с диагностируемой биологической средой для создания на этой основе новой технологии неинвазивной глюкометрии. На сегодняшний день точность созданных неинвазивных глюкометров оставляет желать лучшего и, прежде всего, это связано с наличием защитного кожного и мышечного покрова человека. Преодоление этого покрова, как правило, вносит значительные ошибки в измеряемые данные. Оригинальное решение данной проблемы авторам проекта видится в исследовании, так называемого, ближнепольного эффекта. Каждый излучатель (антенна) имеет вблизи себя две пространственно распределенные зоны – ближнюю и дальнюю. Основываясь на наших предыдущих исследованиях, границы ближней и дальней зон достаточно локализована. В ближней зоне ослабление (степенное) электромагнитного поля не связано с поглощением излучения, а вот в дальней зоне поглощение (экспоненциальное) действительно возникает. Ближнее поле излучателя проникает достаточно глубоко, поскольку оно не испытывает существенного поглощения в проводящей среде. Это позволяет максимизировать отношение сигнал-шум. Дело в том, что в ближней зоне поле носит квазистатический характер. Поле обретает облик волны лишь за пределами ближней зоны. При расположении излучателя непосредственно на поверхности зондируемой среды, например, на коже, электрофизические свойства покрова не влияют на фазовую структуру поля в пределах ближней зоны. Чем шире полоса частот зондирующего сигнала, тем больше информации можно извлечь в ответном сигнале. Совместив волновую зону с расположением вены, удастся повысить однозначность интерпретации результата на предмет определения концентрации глюкозы. При этом величина силы прижима излучателя, то есть контакт с телом, не играет принципиальной роли. Количество глюкозы (сахара), растворенного в жидкости, надежно определяется по вращению плоскости поляризации излучения. Ключевым здесь служит возможность совмещения границы ближней зоны излучателя с веной без инвазивного вмешательства, что решает проблему «доставки» поля через кожные и мышечные покровы, без потерь. Такой подход является принципиально новым для глюкометрии и требует углубленных исследований. Важным при этом является неинвазивное погружение кровеносных сосудов исследуемой области в ближнюю зону излучателя так, чтобы зона излучения, следующая по глубине за ближней зоной, пересекала кровеносные сосуды при сканировании по частоте. Помимо этого, в рамках проекта будет разработан метод управления глубиной ближней зоны с использованием качания частоты излучения, а также необходимые антенные системы (локатор), совместно с методами обработки и калибровки данных измерений. Тема проекта как никогда актуальна. Сахарный диабет является одним из самых распространённых заболеваний. Большое значение в борьбе против сахарного диабета уделяется вопросам профилактики заболевания. Создание эффективных неинвазивных технологий, не требующих регулярного прокалывания пальца для забора крови и обеспечивающих требуемую точность и скорость, крайне важная задача. Дальнейшее развитие предлагаемой концепции откроет новые возможности по бесконтактному зондированию биологических сред радиоволнами и созданию нового типа диагностического оборудования.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет разработана технология неинвазивной глюкометрии на основе ближнепольного эффекта взаимодействия электромагнитного излучения в широкой полосе частот. Так же будет разработан действующий лабораторный макет электромагнитного датчика (локатора) фиксации концентрации глюкозы в крови. Полученные результаты научного исследования найдут дальнейшее применение при разработке новых бесконтактных, эффективных и коммерчески доступных приборов медицинской диагностики на основе радиоволн, использование которых в перспективе может стать основой для дальнейшего более глубинного исследования тканей и процессов изменения в них с помощью радиоволн, что послужит развитию одного из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации – науке о жизни. Проект предполагает решения ряда научных задач, связанных с построением математической модели взаимодействия ближнего поля с биологическими тканями, решением фундаментальных электродинамических уравнений и проведение всесторонних экспериментальных исследований. Полученные результаты в перспективе послужат созданию неинвазивных глюкометров высокой точности и смогут применяться для массовой диагностики населения на уровень глюкозы в крови. Это позволит диагностировать признаки развития диабета на ранней стадии и своевременно принять профилактические меры. Разработка подобных методов позволит оказывать своевременное качественное и доступное массовому потребителю медицинское обследование, и, значит, может поспособствовать развитию одной из критических технологий Российской Федерации – технологии снижения потерь от социально значимых заболеваний. Анализ медицинской практики, полученных результатов и развиваемых современных направлений в области создания эффективных глюкометров показывают, что определение уровня гликемии является решающим фактором для ранней диагностики и лечения сахарного диабета, что подтверждает несомненную актуальность выбранного направления. Предлагаемая новая концепция построения и функционирования неинвазивного глюкометра, обеспечит превосходство над существующими в мире аналогами по точности определения концентрации глюкозы за счёт развития принципиально нового физического представления об особенностях взаимодействия излучения с диагностируемой биологической средой, обеспечивающей беспрепятственного преодоления кожного покрова при безопасности используемого излучения. Общественная значимость проекта очень велика. Сахарный диабет до сих пор считается неизлечимой болезнью. Представляя собой значимую проблему общественного здравоохранения, диабет является одним из четырех приоритетных неинфекционных заболеваний (НИЗ), принятие мер в отношении которых запланировано на уровне мировых лидеров. В течение последних нескольких десятилетий число случаев и распространенность диабета неуклонно росли. Распространённость данной болезни, по данным Всемирной организации здравоохранения и Международной федерации диабета, занимает третье место после сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Сахарный диабет и его осложнения являются одной из ведущих причин инвалидизации и смертности населения, в том числе трудоспособного возраста. Социально-экономическая значимость предлагаемых исследований подкрепляется и значительными экономическими затратами на поддержание жизнедеятельности больных сахарным диабетом. Диабет и его осложнения влекут за собой существенные экономические потери для людей с диабетом и их семей, а также для систем здравоохранения и национальных экономик в виду прямых медицинских расходов, потери работы и заработной платы. В то время как основным источником расходов является стационарное и амбулаторное лечение, росту затрат способствует увеличение стоимости инсулиновых аналогов. По данным исследователей (Дедов И.И., Омельяновский В.В., Шестакова М.В.1, Авксентьева М.В.2,3, Игнатьева В.И.2, статья «Cахарный диабет как экономическая проблема в Российской Федерации», Сахарный диабет. 2016;19(1):30-43), во всем мире на СД затрачивается порядка 12% общего бюджета здравоохранения. В настоящее время заболевания эндокринной системы представляют острую медико-социальную проблему, которая относится к приоритетам национальных систем здравоохранения практически всех стран мира, и защищены нормативными актами Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Профилактика и ранняя диагностика сахарного диабета в современной медицине чрезвычайно важны, так как позволяют улучшить качество и продолжительность жизни. Основными задачами медицинской реабилитации больных сахарным диабетом, которые можно отнести к приоритетным, являются: оптимальная скорость, эффективное достижение и долгосрочное поддержание индивидуальных показателей контроля гликемии при максимальной неинвазивности для пациента; сохранение хорошего самочувствия; предупреждение развития острых метаболических осложнений; профилактика развития поздних осложнений. На основе регулярных измерений концентрации глюкозы в крови у таких больных разрабатываются рекомендации по оптимизации сахароснижающей терапии, образа жизни, рациона питания, режима физических нагрузок и тд. Контроль уровня гликемии позволяют в большинстве случаев избежать осложнений сахарного диабета. Именно осложнения сахарного диабета несут угрозу организму человека.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---