Российские ученые изучили тепловые потоки внутри человеческого тела

Ученые ОмГТУ совместно с коллегами из ОмГУ им. Ф.М. Достоевского провели экспериментальное исследование плотности тепловых потоков тела человека с помощью специальных датчиков. По их мнению, разработка уже сейчас может быть использована при производстве «умной» одежды для профессиональных спортсменов, а в перспективе стать подспорьем для контроля внутренней температуры разных органов человека при проведении операций под общим наркозом. Результаты опубликованы в сборнике «2023 IEEE Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT)».

Сами датчики, предложенные учеными Омского государственного технического университета (ОмГТУ), устроены по принципу «дополнительной стенки»: они накладываются на исследуемую поверхность и определяют коэффициенты теплопередачи этих участков. Тепловой поток, проходящий через датчик, создает в нем градиент температур и соответствующий термоэлектрический сигнал.«

"Теплоотдача с локальных участков тела в полной мере характеризует систему терморегуляции человека, которая обеспечивает его жизнедеятельность", — сообщил профессор кафедры "Радиотехнические устройства и системы диагностики" ОмГТУ Александр Козлов.

При этом он добавил, что датчики такого типа могут быть использованы совместно с тепловизионными установками для изучения тепловых процессов как на поверхности тела человека, так и для получения дополнительной информации о процессах внутри организма, например в системе периферического кровообращения.

По его мнению, в настоящее время проект имеет важное практическое значение для разработки одежды с определенными потребительскими и промышленными свойствами (спортивная одежда, защитная одежда, производственная одежда) и изучения теплообменных реакций организма на изменение внешних условий.

По оценкам профессора, в перспективе разработка по определению плотности теплового потока может иметь обширное применение в медицине. В частности, датчики можно будет использовать для определения микроциркуляции крови в нижних конечностях при диабете для отслеживания осложнений (диабетическая стопа) и для измерения внутренней температуры мозга при проведении различных операций.

Ученый пояснил, что в отличие от других методов определения подкожной микроциркуляции крови (например, с помощью лазерной системы спексл-визуализации кровотока), измерение плотности теплового потока с помощью датчика отличается простотой: требуется измерить только его постоянную электродвижущую силу.

Профессор кафедры «Радиотехнические устройства и системы диагностики» ОмГТУ Александр Козлов проводит измерение плотности теплового потока

По словам авторов, относительная систематическая погрешность датчиков не превышает 5%. Для повышения точности измерения плотности тепловых потоков на поверхности тела человека использовалась аналитическая модель, позволяющая определить систематическую погрешность преобразователя.

На данном этапе перед командой ученых стоит задача усовершенствования датчиков: уменьшения их размеров, увеличения быстродействия. В перспективе планируется разработать мобильный прибор для измерения плотности теплового потока на поверхности тела человека (подобие холтеровского монитора для записи ЭКГ). В настоящее время коллективом исследователей уже разработан его опытный образец.

Отметим, в вузе реализуется большое количество исследований и разработок в области радиоэлектроники. Они входят в программу развития университета, получившую поддержку Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Приоритет 2030» национального проекта «Наука и университеты».