Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
075-15-2022-1120
Период реализации проекта
2022-2024
Общая информация
Название проекта:

Волновые процессы в медицинских системах

Цели и задачи
Цель проекта:

Данный проект направлен на разработку и развитие эффективных методов анализа и управления электромагнитными и акустическим полями за счет подходящего структурирования материалов используя сложные периодические / квазипериодические структуры (например, метаматериалы, метаповерхности или мета-линии), а также одиночные субволновые резонаторы. Акцент делается на управлении ближним полем в присутствии биологических тканей и связанных с этими эффектами, таких  как  повышение локальной плотности электромагнитных и акустических состояний, резонансный перенос энергии, создание больших величин волновых векторов и ближнепольная фокусировка. Еще одной важной целью является применение предлагаемых методов «настройки ближнего поля» для приближения к их теоретическим пределам характеристик таких медицинских технологий, как магнитно-резонансная томография (МРТ), фокусированный ультразвук высокой интенсивности (ФУВИ, англ. HIFU), беспроводное питание имплантируемых медицинских устройств (например, имплантируемого кардиовертера-дефибриллятора).


Задачи проекта:

  1. Разработка теоретических и экспериментальных инструментов, которые позволят детально понять физические явления, связанные с взаимодействием ближних электромагнитных и акустических полей с тканями тела, включая детальный анализ фундаментальных ограничений и выработку подходов, обеспечивающих дальнейшее практическое применение.
  2. Заполнение существующего пробела между теоретически известными идеальными распределениями радиочастотных (РЧ)-полей и электрических токов и построением реальных нательных антенн для РЧ-возбуждения в МРТ сверхвысоких полей.
  3. Радикальное улучшение качества биомедицинских устройств, связанных с акустическими волнами.
  4. Разработка системы, состоящей из трех основных частей: нательное устройство, собирающее энергию радиочастотных сигналов окружающего пространства и преобразующее ее в ультразвуковые волны; нательный акустический передатчик в сочетании с системой сбора энергии и фокусирующей металинзой; имплантируемое устройство, включающее акустический приемник.

Направления исследований: Электротехника, электронная техника

Практическое значение исследования
Планируемые результаты:

  1. Аналитические и численные процедуры для расчета электромагнитной функции Грина с акцентом на взаимодействия ближнего поля со структурированными и сложными средами, а также с биологическими тканями с потерями.
  2. Аналитические и численные процедуры для расчета акустической функции Грина с акцентом на взаимодействия ближнего поля со структурированными и сложными средами, а также с биологическими тканями с потерями.
  3. Экспериментальная установка для измерения электромагнитной функции Грина.
  4. Экспериментальная установка для измерения акустической функции Грина.
  5. Подходы для анализа и синтеза электромагнитных и акустических излучателей при наличии сложных электромагнитных структур для аппроксимации желаемых распределений полей.
  6. Распределения электрического тока и поля для наиболее однородного РЧ магнитного поля в области исследования в тканях организма и для минимизации взаимной связи между соседними антеннами в нательной фазированной решетки.
  7. Аппроксимация (решение обратной задачи) идеальных структур неоднородной периодической системой дипольных источников с помощью функций Грина и сравнение полей, созданных идеальными распределениями тока и синтезированными квазипериодическими системами дипольных источников.
  8. Численные модели новой антенны на основе квазипериодической системы, улучшающей однородность поля и управляемой одним каналом и двух близко расположенных антенн на основе квазипериодической системы со слабой взаимной связью.
  9. Изготовленные прототипы двух антенн (высокой однородностью поля, низкой взаимной связью), работающих на ларморовской частоте протонов в поле 7 Тл (300 МГц).
  10. Результаты экспериментальных исследований (измерения РЧ полей), созданных предлагаемыми антеннами в присутствии фантомов, имитирующих тело и изучения РЧ-поля с помощью сверхвысокопольной МР-системы (магнит 7 Тл) на фантомах, включая сравнение с современными антеннами.
  11. Мультифизическая модель генерации акустического шума в МРТ: взаимодействие между магнитным полем и градиентной катушкой.
  12. Широкополосные поглотители из метаматериалов и метаматериалы для эластичных демпфирующих конструкций в системах МРТ.
  13. Результаты разработки и оптимизации импеданса, согласующего субволновую длину и метаматериал управления лучом.
  14. Концепция дизайна ФУВИ-устройства для лечения и визуализации с улучшенными возможностями фокусировки.
  15. Металинза, фокусирующая ультразвуковые волны в средах с акустическими характеристиками, близкими к воде, с фокальным пятном миллиметрового масштаба.
  16. Макет системы АПЭ на основе акустических преобразователей с максимальной подтвержденной эффективностью, улучшенной путем использования фокусирующих металинз.
  17. Макет системы сбора энергии из окружающих радиочастотных сигналов для питания системы АПЭ.
  18. Макет системы беспроводной зарядки медицинских имплантатов на основе разработанных прототипов системы сбора и системы АПЭ.

Скрыть Показать полностью
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория физики для нейроморфных вычислительных систем

МИРЭА - Российский технологический университет - (РТУ МИРЭА)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Москва

Расинг Теодорус-Хенрикус-Мария

Нидерланды

2022-2024

Лаборатория контролируемых оптических наноструктур

Московский физико-технический институт (НИУ) - (МФТИ)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Долгопрудный

Мирошниченко Андрей Евгеньевич

Австралия, Россия

2022-2024

Лаборатория спин-орбитроники

Дальневосточный федеральный университет - (ДВФУ)

Электротехника, электронная техника, информационные технологии

Владивосток

Оно Теруо

Япония

2021-2023