Ultraširokopásmová mikrovlnná anténa, kterou vyvinula vědecká skupina bioelektromagnetismu s významnou pomocí studentů Fakulty biomedicínského inženýrství ČVUT v Praze, by mohla pomáhat při diagnostice cévních mozkových příhod či léčbě určitých typů nádorů. „Zatím jsme ve fázi laboratorních prototypů, ale pokud by se v budoucnu podařilo díky našemu zařízení a včasné diagnostice zachránit a hlavně plně uzdravit větší množství lidí, bylo by to skvělé,“ míní vedoucí výzkumu Ondřej Fišer z katedry biomedicínské techniky.
Studenti na systému mikrovlnné antény pracovali v rámci projektu interní studentské grantové soutěže (SGS); můžete o ní povědět více?
Studentské grantové soutěže se může zúčastnit kdokoliv, kdo studuje na ČVUT v doktorském či magisterském studijním programu. Studenti mají většinou nějakého mentora, ale mohou projekt podávat i úplně sami. Pokud je komise vybere, získají grant na 1—3 roky, podle toho, na jak dlouho výzkum plánují. Tyto granty většinou slouží k financování řešení diplomových a zejména disertačních prací.
Jedním z takových projektů je právě náš vývoj oné ultraširokopásmové antény. Pracoval na něm tým 3—4 studentů se svými mentory. Anténa se nyní používá pro vývoj a ověření mikrovlnných zobrazovacích metod v medicíně i v rámci závěrečných studentských pracích na různé aplikace.
Jak anténa funguje a v jakých aplikacích by se mohla uplatnit?
Naše anténa dokáže vyzařovat mikrovlnnou energii v extrémně širokém frekvenčním pásmu. Jejím hlavním určením je mikrovlnné zobrazování pro diagnostiku, například rozlišení cévních mozkových příhod, měření teploty, případně detekování nádorů prsů u mladých žen. Výhodou této metody je, že proti počítačové tomografii či rentgenu nepoužívá tkáň poškozující ionizující záření.
Na druhou stranu nevýhodou je, že má menší zobrazovací rozlišení. Nicméně pro tyto účely je rozlišovací schopnost i rychlost snímání dostatečná.
Anténa přemění energii z generátoru v elektromagnetickou vlnu, která se dostane do pacientova těla, kde se dále šíří do oblasti zájmu. Odsud se vlna odrazí zpět a my pak můžeme pomocí rekonstrukčních metod mikrovlnného zobrazování děj rekonstruovat.
Tím, že je anténa ultraširokopásmová, dokáže vysílat jak jen jednu frekvenci, tak i široké frekvenční pásmo. Pásmo lze uplatnit i v další metodě mikrovlnného – radarového – zobrazování. Také zde můžeme díky algoritmům následně zrekonstruovat rozložení dielektrických parametrů v oblasti. Konkrétně se jedná o parametry relativní permitivity a elektrické vodivosti.
Návrh systému, který by měl s využitím několika ultraširokopásmových antén zahřívat nádory a pomoci s jejich šetrnější likvidací © ČVUT
Jaké jste při vývoji používali metody?
Tvar antény je více méně známá věc, takže se poměrně jednoduše dal udělat základní návrh. K tomu jsme měli také simulátor elektromagnetického pole, díky němuž jsme si mohli načrtnout, jak by anténa měla být veliká, aby splňovala naše požadavky na její vlastnosti. Poté se návrh překreslil a nasimulovaly se konkrétní diagnostické situace. V takových případech se většinou pracuje s homogenním numerickým fantomem, což je model lidské tkáně o stejných dielektrických parametrech dané lidské tkáně, například svalu.
Anténu jsme pomocí numerických metod optimalizovali, což znamená, že jsme měnili její rozměry tak, abychom dosáhli jejích ideálních vyzařovacích charakteristik a aby se co nejvíce energie z generátoru dostalo do pacientova těla. Díky tomu získáme co nejlepší informaci o tom, co se ve sledované oblasti děje.
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)