Исследователи из Уральского федерального университета впервые построили модель распределения температур и радиояркостного излучения головного мозга, основываясь на МРТ-снимках реального человека. Модель учитывает влияние кровотока и продукции метаболического тепла на гомеостатический баланс. Работа ученых опубликована в журнале Computer Methods and Programs in Biomedicine.

Чтобы создать новую модель, российские исследователи обратились к швейцарскому Фонду по исследованиям в области информационных технологий. Используя имеющиеся у организации МРТ-снимки, ученые проанализировали 12 срезов и рассмотрели 17 видов биологических тканей мозга одного человека. Кроме электрофизических свойств, набор данных содержал информацию о плотности, теплоемкости, скорости тепловыделения и теплообмена, а также теплопроводности тканей мозга.

По закону Планка любой объект, у которого температура выше абсолютного нуля, излучает электромагнитное излучение, в том числе в СВЧ-диапазоне. При этом чем длиннее волна, тем с большей глубины ее можно зафиксировать. То есть, например, при съемке в ИК-диапазоне можно измерить температуру поверхности, а использование СВЧ дает возможность узнать температуру глубже в тканях головы. Температурные изменения в организме человека и колебания СВЧ-излучения мозга можно наблюдать постоянно, так как они регулируются процессами гомеостаза. Такие колебания служат индикатором изменений в мозговых процессах.

«Мы смогли выяснить, как изменения тех или иных параметров — скорости кровотока или уровня метаболизма — оказывают влияние на колебания температуры, а не на ее общее значение. Это позволяет проводить оценку состояния разных людей, за счет чего отпадает необходимость ее настройки под каждого конкретного человека, — объясняет соавтор статьи, доцент кафедры радиоэлектроники и телекоммуникаций УрФУ Михаил Бабич. — Для нас интересны относительные значения, потому что абсолютные могут зависеть от множества параметров и на самом деле они особо не влияют на изменения в процессах или регуляцию. Мы в своей работе хотели не просто измерить излучение, а посмотреть, как оно связано с процессами регуляции гомеостаза».

Как показали результаты работы, из-за неоднородности тканей головного мозга градиент температуры на поверхности головы составляет до 1,5–2 кельвина. Это значение зависит от температуры окружающей среды, теплообмена, скорости кровотока, температуры артериальной крови. Самые большие изменения температуры в тканях мозга оказались связаны со сменой скорости артериального кровотока и температуры артериальной крови. В тканях мозга на глубине в 15–25 мм температура меняется незначительно — в пределах 0,05 кельвинов.

Исследователи планируют применять эту модель в медицинских целях — проверять данные, полученные при помощи СВЧ-радиотермографа. Сегодня, например, такую методику используют специалисты в Москве для диагностики непальпируемого рака молочной железы. Технология российских исследователей в будущем позволит выявлять заболевания мозга и исследовать центральную нервную систему человека.