Ближнепольный метод определения концентрации глюкозы в крови тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Горст Александр Владимирович

• Горст Александр Владимирович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Горст Александр Владимирович

Оглавление

Введение

1 Обзор методов определения концентрации глюкозы

1.1 Принципы работы неинвазивных методов

1.2 Оптические методы определения концентрации глюкозы в крови

1.3 Трансдермальные методы

1.4 Электрофизические методы

1.5 Комбинированные методы

1.6 Выводы по результатам обзора

2 Разработка электродинамической модели взаимодействия полей ближней зоны с биологической тканью

2.1 Теоретические основы электродинамики ближней зоны

2.2 Электродинамическое моделирование взаимодействия ближнего поля с различными биологическими тканями

2.3 Результаты моделирования

2.4 Электрофизические параметры крови, подверженной избытку сахаросодержания

2.5 Выводы по главе

3 Конструирование и оптимизация антенных элементов

3.1 Двухслойный датчик

3.2 Однослойный датчик

3.3 Уточнение и корректировка аналитико-численной модели взаимодействия ближнего поля с биологической тканью

3.4 Вывод по главе

4 Разработка фантома и лабораторные исследования

4.1 Разработка фантома

4.2 Лабораторные исследования

4.3 Вывод по главе

5 Экспериментальные исследования на добровольцах

5.1 Разработка портативной измерительной установки для ближнепольного зондирования

5.2 Разработка программного обеспечение

5.3 Сравнение методов определения концентрации глюкозы в крови

5.4 Натурный эксперимент на добровольцах

5.5 Вывод по главе

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Ближнепольный метод определения концентрации глюкозы в крови»

Введение

Актуальность темы исследования. Современное состояние здравоохранения сталкивается с возрастающей распространенностью хронических заболеваний, таких как сахарный диабет, который считается одной из самых актуальных медико-социальных проблем XXI века. По данным Всемирной организации здравоохранения, число людей с сахарным диабетом стремительно растет, и к 2045 году ожидается, что оно достигнет более 700 миллионов человек по всему миру. Эффективное управление диабетом требует регулярного мониторинга уровня глюкозы в крови, что позволяет пациентам поддерживать контроль над заболеванием и избегать серьезных осложнений, таких как сердечнососудистые заболевания, повреждение нервов, почечная недостаточность и другие.

Традиционные методы измерения глюкозы, такие как использование глюкометров с тест-полосками, требуют прокалывания кожи для получения капли крови, что является инвазивным, болезненным и часто вызывает дискомфорт у пациентов. Эти методы также ограничены в своей частоте использования, так как требуют стерильных условий и расходных материалов, что может быть проблематичным в условиях домашнего мониторинга. В этом контексте разработка неинвазивных методов измерения глюкозы в крови становится приоритетной задачей для ученых и медицинских инженеров.

Ближнепольные методы, использующие принципы электромагнитного взаимодействия с биологическими тканями, представляют собой одну из наиболее перспективных технологий для неинвазивного измерения глюкозы. Эти методы основаны на применении радиочастотных или микроволновых сигналов, которые могут проникать в ткани и взаимодействовать с биомолекулами, включая глюкозу. Особенностью ближнепольных методов является их способность измерять изменения в электрофизических свойствах тканей, таких как диэлектрическая проницаемость и проводимость, которые коррелируют с концентрацией глюкозы.

Преимущества ближнепольных методов перед традиционными инвазивными способами очевидны. Во-первых, они не требуют нарушения целостности кожного

покрова, что исключает риск инфекций и воспалений, связанных с частым прокалыванием кожи. Во-вторых, такие методы могут обеспечить непрерывный мониторинг уровня глюкозы, что позволяет более точно и оперативно реагировать на изменения в метаболическом статусе пациента. Это особенно важно для людей с диабетом 1 типа, у которых уровень глюкозы может изменяться очень быстро, и которые нуждаются в постоянном контроле.

Кроме того, ближнепольные технологии имеют потенциал интеграции с носимыми устройствами, такими как умные часы или браслеты, что делает их удобными для повседневного использования. Это открывает новые возможности для цифровой медицины и телемедицины, где данные о состоянии здоровья пациента могут передаваться в режиме реального времени медицинским специалистам для анализа и рекомендаций. В условиях пандемии COVID-19, когда доступ к медицинским учреждениям может быть ограничен, такие технологии становятся особенно актуальными.

Эффективное внедрение ближнепольных методов требует междисциплинарного подхода, включающего знания в области физики, биологии, медицины и инженерии. Для разработки надежных систем необходимо глубокое понимание электромагнитных взаимодействий с биологическими тканями, а также навыки в области микрофабрикации и разработки программного обеспечения для анализа данных. В этом контексте сотрудничество между научными и исследовательскими институтами, медицинскими учреждениями и технологическими компаниями становится ключевым фактором успеха.

Также важно отметить экономический аспект развития неинвазивных методов контроля глюкозы. Снижение необходимости в расходных материалах, таких как тест-полоски, а также уменьшение затрат на лечение осложнений диабета, которые могут быть предотвращены с помощью более точного контроля уровня глюкозы, может привести к значительным экономическим выгодам как для отдельных пациентов, так и для системы здравоохранения в целом.

Однако, несмотря на все преимущества, развитие ближнепольных методов сталкивается с рядом технических и научных вызовов. Одним из ключевых

вопросов является калибровка и точность измерений, так как электромагнитные свойства тканей могут варьироваться в зависимости от индивидуальных характеристик пациента, таких как возраст, гидратация, содержание жировой ткани и другие факторы. Для достижения высокой точности измерений необходимы сложные алгоритмы обработки данных и искусственный интеллект, которые могут учитывать эти переменные и корректировать результаты.

Другим важным аспектом является миниатюризация и интеграция сенсоров в компактные устройства, которые могут быть использованы в повседневной жизни. Разработка надежных и долговечных сенсоров, которые могут работать в течение длительного времени без необходимости замены или калибровки, представляет собой значительную инженерную задачу. Кроме того, необходимо обеспечить безопасность и биосовместимость таких устройств, чтобы минимизировать риск побочных эффектов при длительном контакте с кожей.

Кроме того, разработка ближнепольных методов мониторинга глюкозы может способствовать ускорению прогресса в области персонализированной медицины. Способность таких технологий непрерывно собирать данные о физиологическом состоянии пациента позволяет более точно настраивать терапию в соответствии с индивидуальными потребностями. Это особенно важно в контексте диабета, где потребность в инсулине или других медикаментах может значительно варьироваться в зависимости от образа жизни, диеты, физической активности и других факторов.

Интеграция ближнепольных сенсоров с цифровыми платформами также открывает возможности для создания комплексных систем управления здоровьем, которые могут включать автоматическое отслеживание уровня глюкозы, предоставление рекомендаций по питанию и физической активности, а также связи с медицинскими специалистами. Это может значительно облегчить жизнь пациентам, помогая им лучше контролировать свое состояние и своевременно реагировать на его изменения.

Важным аспектом является также социальное восприятие и принятие новых технологий. Для успешного внедрения ближнепольных методов необходимо

проводить работу по информированию и образованию пациентов, медицинских работников и широкой общественности о преимуществах и возможностях этих технологий. Это поможет повысить доверие и готовность использовать новые методы, что, в свою очередь, ускорит их распространение и интеграцию в клиническую практику.

Необходимо также учитывать этические и правовые аспекты использования таких технологий, особенно в контексте сбора и хранения данных о здоровье. Защита персональных данных, обеспечение конфиденциальности и безопасность информации являются важными компонентами, которые должны быть интегрированы в разработку и внедрение новых систем мониторинга.

Таким образом, актуальность и значимость исследования в области ближнепольных методов для неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови очевидны. Успешное развитие этой области способно значительно улучшить диагностику и лечение диабета, расширить возможности персонализированной медицины, а также внести вклад в общие усилия по улучшению здоровья населения и снижению финансовой нагрузки на системы здравоохранения. Текущие исследования и разработки в этой области представляют собой важный шаг на пути к созданию более безопасных, эффективных и удобных для пациентов методов мониторинга, которые могут стать новым стандартом в медицинской практике.

Степень разработанности темы исследования

Исследования в области неинвазивного мониторинга уровня глюкозы в крови активно развиваются на протяжении последних нескольких десятилетий. Вопросы мониторинга диабета и поиска новых, менее инвазивных методов измерения глюкозы привлекают внимание ученых и инженеров по всему миру. В этом контексте ближнепольные методы, использующие электромагнитные поля, представляют собой одну из наиболее перспективных технологий. Однако, несмотря на значительные достижения, эта область все еще находится в стадии активного развития и требует решения ряда научных и технических проблем.

Ближнепольные методы основаны на использовании радиочастотных и микроволновых сигналов для измерения электрофизических свойств тканей, таких

как диэлектрическая проницаемость и проводимость. Эти свойства коррелируют с концентрацией глюкозы в крови, что позволяет использовать данные методы для мониторинга уровня глюкозы. Разработка и оптимизация этих методов требует глубокого понимания взаимодействий электромагнитных полей с биологическими тканями, а также создания точных моделей, которые могут учитывать индивидуальные различия в составе тканей.

На данный момент существует ряд успешных прототипов и экспериментальных устройств, использующих ближнепольные методы для мониторинга глюкозы. Многие из них демонстрируют многообещающие результаты в лабораторных условиях и на ранних стадиях клинических испытаний. Однако точность и надежность таких устройств еще не достигли уровня, необходимого для широкого клинического применения. Одним из основных вызовов остается калибровка устройств и компенсация влияния различных факторов, таких как температура, гидратация кожи, содержание жировой ткани и другие индивидуальные особенности пациентов.

Исследования показывают, что интеграция ближнепольных сенсоров с алгоритмами машинного обучения может значительно улучшить точность измерений. Такие алгоритмы могут использоваться для анализа большого объема данных и выявления закономерностей, что позволяет корректировать измерения в реальном времени и учитывать вариации в характеристиках тканей. Это направление активно изучается, и уже существуют примеры успешного применения таких технологий в экспериментальных устройствах.

Кроме того, важным аспектом является разработка новых материалов и технологий для создания сенсоров, которые могут быть интегрированы в носимые устройства. Это требует миниатюризации и повышения чувствительности сенсоров, а также обеспечения их долговечности и устойчивости к внешним воздействиям. Некоторые исследования фокусируются на создании гибких и растяжимых материалов, которые могут быть встроены в текстиль или носимые устройства, обеспечивая комфорт для пользователей и постоянный контакт с кожей.

Несмотря на достигнутые успехи, ближнепольные методы все еще нуждаются в дополнительных исследованиях и совершенствовании. Одним из направлений является улучшение моделей взаимодействия электромагнитных полей с биологическими тканями, что позволит повысить точность и надежность измерений. Также важно проводить более масштабные клинические испытания, чтобы подтвердить эффективность и безопасность разработанных устройств в реальных условиях использования.

Таким образом, степень разработанности темы исследования "Ближнепольный метод определения концентрации глюкозы в крови" можно охарактеризовать как промежуточную. Существуют значительные научные и технические наработки, но многие аспекты все еще находятся на стадии исследования и требуют дальнейшего развития. Ожидается, что в ближайшие годы данная область будет активно развиваться, что позволит создать более точные и удобные для использования устройства, способные значительно улучшить качество жизни пациентов с диабетом и предоставить новые возможности для мониторинга и лечения этого заболевания.

Исходя из вышесказанного, целью диссертационной работы является разработка ближнепольного метода определения концентрации глюкозы в крови.

Для достижения обозначенной цели были поставлены следующие задачи диссертационной работы:

1. Изучение литературных источников и анализ существующих неинвазивных методов мониторинга глюкозы в крови с целью выявления их преимуществ и недостатков, а также определения направления для дальнейших исследований и разработок.

2. Разработка физико-математической модели взаимодействия ближнепольных электромагнитных полей с биологическими тканями, включающей учет электрофизических свойств тканей и их изменения в зависимости от уровня глюкозы.

3. Создание и экспериментальное исследование прототипов сенсоров, использующих ближнепольные технологии, включая разработку различных конструкций антенн и выбор оптимальных частотных диапазонов для измерений.

4. Проведение численных исследований и моделирования для оценки чувствительности и точности разработанных сенсоров, а также для оптимизации их конструкции и рабочих параметров.

5. Разработка и тестирование плоскослоистых моделей биологических тканей, а также фантомов, имитирующих свойства кожи и подкожных тканей человека, для калибровки и оценки точности сенсоров.

6. Проведение экспериментальных исследований на добровольцах с целью проверки работоспособности разработанных устройств и определения их точности в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации.

Методы исследования

Методы исследования, использованные в работе по теме "Ближнепольный метод определения концентрации глюкозы в крови", включают комплексный подход, охватывающий теоретические, экспериментальные и аналитические методы.

Первоначально был проведен обширный анализ литературы, который включал изучение существующих неинвазивных методов мониторинга глюкозы, таких как оптические, акустические и электромагнитные технологии. Этот обзор помог определить текущие проблемы и перспективы развития ближнепольных методов, а также выявить основные направления для дальнейших исследований и разработок.

Для создания теоретической основы был применен метод физико-математического моделирования, основанный на уравнениях Максвелла и теории диэлектрических свойств биологических тканей. Моделирование взаимодействия ближнепольных электромагнитных полей с тканями позволило исследовать зависимость электрофизических параметров от концентрации глюкозы, что является ключевым аспектом для разработки эффективных сенсоров.

Экспериментальные исследования включали разработку и тестирование различных прототипов сенсоров, использующих ближнепольные технологии. Были созданы и испытаны сенсоры на основе коаксиальных волноводов, комбинированных излучателей и резонансных датчиков. Испытания проводились в лабораторных условиях для оценки чувствительности, разрешающей способности и точности сенсоров.

Для дальнейшего совершенствования и оптимизации сенсоров использовались методы численного моделирования, такие как метод конечных элементов (FEM) и метод конечных разностей во временной области (FDTD) в программном обеспечение CST microwave studio. Эти методы позволили детально изучить процессы распространения электромагнитных волн в биологических структурах и оценить параметры сенсоров на моделях предплечья.

Фантомы, имитирующие электрофизические свойства человеческой кожи и тканей, были использованы для калибровки сенсоров и проверки их точности. Эксперименты на фантомах позволили также оценить влияние внешних факторов, таких как температура и влажность, на результаты измерений.

Экспериментальные исследования проводились с участием добровольцев, что позволило проверить точность и надежность разработанных сенсоров в условиях, максимально приближенных к реальным. Результаты неинвазивных измерений сравнивались с данными, полученными с помощью стандартных инвазивных и методов и методов непрерывного мониторинга (Freestyle Libre), для оценки их точности и согласованности.

Кроме того, значительное внимание уделялось алгоритмической обработке данных. Разработанные алгоритмы обработки сигналов включали фильтрацию шумов, выделение полезных сигналов и коррекцию результатов.

На защиту выносятся следующие положения

1. Изменение концентрации глюкозы в биологических тканях человека приводит к изменению амплитудно-частотной характеристики коэффициента отражения при ближнепольном зондировании.

2. Измерение разностного коэффициента отражения, измеренного при пульсации венозного сосуда, с использованием разработанного ближнепольного датчика позволяет получить линейную зависимость концентрации глюкозы от амплитуды отраженного сигнала, выраженного в дБ. В диапазоне концентраций 1-10 ммоль/л уровень линейности зависимости составляет 95%.

3. Разработанный ближнепольный метод определения концентрации глюкозы в крови показывает точность измерений до 85% относительно существующих лицензированных методов на основе экспериментальных исследований с испытуемыми имеющими диабет.

Достоверность защищаемых положений

1. Достоверность первого утверждения подтверждается через численное моделирование с применением программного обеспечения CST Microwave Studio. Создана электродинамическая плоскослоистая модель на основе медицинских данных о толщинах биологических тканей человека.

2. Достоверность второго утверждения подтверждается численным моделированием. Показана способность определять концентрацию глюкозы с использованием метода пульсации вен. В результате моделирования демонстрируется, что разработанный метод измерения концентрации глюкозы на основе пульсации венозного сосуда позволяет получить линейную зависимость концентрации глюкозы в физиологическом растворе от амплитуды отражённого сигнала.

3. Достоверность третьего утверждения подтверждается экспериментальным исследованием с привлечением добровольцев имеющими заболевания диабета и сравнения полученных результатов от разработанного датчика с лицензированными глюкометрами.

Достоверность полученных результатов также подтверждается использованием современного сертифицированного оборудования и соответствующих методик измерений в проведенных экспериментах. Электродинамическое моделирование осуществлялось с применением

программного пакета CST Microwave Studio, который является широко признанным и проверенным инструментом среди специалистов в области сверхвысокочастотной (СВЧ) техники.

Новизна исследования

1. Диссертационная работа внедрила методы ближнепольного зондирования в широком спектре частот (включая ближнепольную диагностику и микроскопию) с целью разработки технологии неинвазивного глюкометра.

2. В рамках исследования был создан небольшой ближнепольный неинвазивный датчик, который был адаптирован для работы с биологической тканью без потери своих характеристик. Внедрен метод на основе разностного измерения амплитуды отраженного сигнала при пульсации вен снятие сигнала в верхней и нижней точки.

3. В работе было подробно изучено взаимодействие ближнего электромагнитного поля с биологическими тканями, содержащими сахар. На основе этого были проведены экспериментальные измерения показывающие возможность применение данного датчика и метода для измерения концентрации глюкозы в венозной крови человека с точность измерения 85 %.

Теоретическая значимость работы

Исследование, проведенное в рамках данной работы, вносит значительный вклад в наше понимание механизмов взаимодействия ближнепольного электромагнитного излучения с биологическими тканями. Полученные результаты показывают, что электромагнитные волны могут проникать в среды с высокой поглощаемостью, включая биологические ткани. В процессе исследования был проанализирован и улучшен процесс согласования ближнепольного датчика с такими высокопоглощающими средами. Были также разработаны оптимальные геометрические параметры для ближнепольного датчика, направленные на минимизацию отраженного радиоволнового излучения от сильнопоглощающих тканей, включая дерму. Это привело к улучшению качества сигнала, получаемого при отражении от кровеносных сосудов с различными концентрациями глюкозы в крови.

Были проведены численные исследования, направленные на изучение влияния неоднородных включений на результаты измерений. В ходе исследования были выявлены характерные закономерности изменения сигнала-отклика при различных концентрациях глюкозы в присутствии посторонних включений.

Практическая значимость результатов работы

1. Новый подход к использованию ближнепольного излучения значительно улучшает качество как прямого, так и отраженного сигнала, особенно при высоком уровне поглощения среды. Этот инновационный метод открывает перспективы для значительного улучшения технических характеристик существующих систем и более точного, надежного определения уровня глюкозы в биологических средах. Это имеет критическое значение для медицинской диагностики и лечения сахарного диабета, делая технологии ближнепольного метода более полезными и эффективными в клинической практике.

2. Создан лабораторный макет неинвазивного ближнепольного датчика имеющий протяженную ближнюю зону, который на основе разработанного метода позволяет линейно неинвазивно определять изменение концентрации глюкозы в физиологическом растворе с разностью 0.6 дБ при отклонении концентрации глюкозы на 1 ммоль/л. Такие инструменты становятся важными для мониторинга здоровья и управления сахарным диабетом, обеспечивая пациентам комфорт и надежность в контроле их состояния. Разработка такого устройства открывает новые возможности для повышения качества жизни людей с сахарным диабетом и существенно облегчает их повседневную рутину.

3. Было экспериментально показано, на основе измерений уровня глюкозы в крови у испытуемых, имеющих заболевания эндокринной системы, что используемый датчик и разработанный метод позволяет неинвазивно определять уровень глюкозы в реальном времени с точностью до 85% относительно используемых бытовых глюкометров.

Апробация работы

Основные положения и результаты докладывались на следующих конференциях:

1) 7th International Conference on Biomedical Engineering and Systems (ICBES'20). Place/Date: Virtual Conference, August 13-15, 2020. Title of the manuscript: "Development of a near-Ueld sensor to study the effect of glucose concentration"; authors: Kseniya Zavyalova, Andrey Zapasnoy, Aleksandr Gorst, Aleksandr Mironchev, Andrey Klokov

2) The 1st International Electronic Conference on Biosensors (IECB 2020); Place/Date: 02- 17 November 2020, online. Title: "Near-field sensor for non-invasive determination of blood glucose concentration"; authors: Kseniya Zavyalova, Aleksandr Gorst, Aleksandr Mironchev

3) IEEE MTT-S International Microwave Biomedical Conference (IMBioC 2020). Place/Date: Virtual conference, Dec 14th - 17th, 2020. Title: Interaction of the Near-Field Microwave Wideband Sensor with Biological Tissues for Glucose Monitoring, authors: Andrey Zapasnoy, Victor Belichenko, Andrey Klokov, Aleksandr Mironchev, Aleksandr Gorst, Ksenya Zavyalova, Vladimir Yakubov

4) 14th International Conference on Advanced Technologies & Treatments for Diabetes (ATTD), 2-5 June 2021 Aleksandr Mironchev, Aleksandr Gorst, Ksenya Zavyalova

5) 29-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекомуникационные технологии" (29 International Crimean Conference "Microwave&Telecommunication Technology"), 8-14 сентября 2019 г., Севастополь «Взаимодействия электромагнитного поля ближней зоны с биологическими средами»

6) 29-я Международная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекомуникационные технологии" (29 International Crimean Conference "Microwave&Telecommunication Technology"), 8-14 сентября 2019 г., Севастополь«Электродинамическая модель взаимодействия электромагнитных полей ближней зоны с биологической тканью»

7) 8-ая международная научно-практическая конференция "Актуальные проблемы радиофизики" (8 International Conferenct "Actual Problems of Radiophysics"), 1-4 октября 2019 года, Томский государственный университет,

Томск «Анализ взаимодействия электромагнитного поля в широкой полосе частот с модельной плоскослоистой биологической средой, содержащей кровеносные сосуды с небольшой глубиной залегания, в условиях диагностики такой среды ближнепольным локатором».

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 114 наименования. Общий объем диссертации - 115 страниц. Работа содержит 8 таблиц и 62 рисунка.

Содержание работы

Во введении рассмотрена актуальность выбранной темы, цель и задачи исследования, а также приведены обоснования выбора объекта и методов исследования. Были сформулированы основные положения, защищаемые в работе, и обоснована достоверность результатов, подчеркнута их научная и прикладная значимость.

Глава 1 представляет обзор основных принципов исследования уровня сахара в биологических средах, включая анализ различных методов его определения в крови.

В главе 2 исследуются электрофизические характеристики биологических сред, влияющие на определение концентрации глюкозы. Проводится анализ диэлектрических свойств этих сред и выбирается оптимальная область для более точного измерения уровня глюкозы. Полученные результаты сформулированы в первом защищаемом положении.

В главе 3 исследуется разработка модели ближнепольного датчика, основанной на комбинации двух типов датчиков, а также проводится моделирование плоскослоистой среды с включением биологических тканей. Полученные результаты сформулированы во втором защищаемом положении.

В главе 4 представлено создание фантома и проведение экспериментов с различными концентрациями глюкозы в физиологическом растворе. Описаны различные методы создания фантома с подробным анализом.

В главе 5 рассматривается выполнение экспериментов на добровольцах и последующее сравнение результатов с применением лицензированных методов

измерения глюкозы. Полученные результаты сформулированы в третьем защищаемом положении.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Горст Александр Владимирович

Заключение

По результатам выполнения диссертационной работы проведен обзор литературы по теме диссертации и проведено 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. Выполнен поиск существующих методов и подходов для неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови. Решена задача определения концентрации глюкозы в крови. Предложенный подход по определению концентрации глюкозы пульсирующего кровеносного сосуда является новым и не использовался ранее. Он позволяет существенно повысить точность получаемых значений отраженного сигнала при изменении концентрации глюкозы.

Также совмещение волновой зоны с расположением вены позволяет повысить однозначность интерпретации результата на предмет определения концентрации глюкозы. При этом величина силы прижима излучателя, то есть контакт с телом, не играет принципиальной роли. Ключевым 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.

Разработана модель датчика ближнего поля для неинвазивного мониторинга глюкозы. Датчик имеет специфическую конструкцию и формирует довольно протяженное ближнее поле. Благодаря этому достигается высокое проникновение электромагнитных волн в сильно поглощающие среды (биологические среды).

Разработан действующий лабораторный макет электромагнитного датчика фиксации концентрации глюкозы в крови. Проведена численная и экспериментальная проверка датчика ближнего поля. Для части экспериментов был создан фантом биологической среды человека (человеческая рука). В

результате серии измерений для этого датчика измерялся коэффициент отражения и строились зависимости отраженного сигнала от частоты. По результатам проведенных экспериментов с фантомом наблюдалась четкая разница в концентрациях глюкозы. При этом точность определения разницы концентраций глюкозы высокая. Полученные данные указывают на возможность определения концентрации глюкозы в крови с большой точностью.

Проведенные эксперименты на добровольцах также показали хороший результат. Причём результаты измерений предложенным методом не хуже результатов, полученных инвазивными бытовыми глюкометрами, которые оценивают капиллярную кровь, а, что особенно важно, приближенны к лабораторным методам анализа венозной крови. Полученные данные показывают концентрацию глюкозы с точностью до 85 %.

Полученные данные предложенной в ходе выполнения диссертации технологией в сравнении с опубликованными результатами других неинвазивных технологий по определению концентрации уже могут говорить о том, что разработанный датчик позволяет обеспечит превосходство по точности определения концентрации глюкозы.

Это достигается за счет развития принципиально нового физического представления об особенностях взаимодействия ближнепольного излучения с диагностируемой биологической средой, обеспечивающей беспрепятственного преодоления кожного покрова, перенос полезного сигнала при безопасности используемого излучения.

Дальнейшие исследования могут быть направлены на совершенствование характеристик ближнепольных датчиков, чтобы повысить их точность и надежность при измерении концентрации глюкозы. Особое внимание можно уделить улучшению алгоритмов обработки сигналов, что позволит снизить погрешности, возникающие при работе с различными типами тканей и внешними помехами. Важным направлением является также адаптация разработанной технологии для измерения других биомаркеров, что позволит расширить её

применение не только в контроле уровня глюкозы, но и для диагностики других заболеваний.

Кроме того, важным аспектом дальнейших исследований станет миниатюризация и оптимизация устройства, что сделает его более удобным для использования в домашних условиях и повысит уровень комфорта пациентов. Возможности интеграции таких датчиков в носимые устройства, например, умные часы или браслеты, также требуют дальнейшей проработки. Эти направления могут способствовать значительному прогрессу в развитии персонализированной медицины и мониторинга состояния здоровья в реальном времени.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Горст Александр Владимирович, 2024 год

Список литературы

1. Jones M. The future of diabetes technologies and therapeutics / M. Jones, J.M. Harrison // Diabetes Technology & Therapeutics. - 2002. - № 4. - P. 351-359.

2. Cardiovascular Disease and Risk Management: Standards of Care in Diabetes-2023 / N.A. ElSayed, G. Aleppo, V.R. Aroda [et al.] // Diabetes Care. - 2023.

- № 46. - P. S158-S190.

3. Patient demographics and clinical outcomes among type 1 diabetes patients using continuous glucose monitors: Data from T1D Exchange real-world observational study / D.J. DeSalvo, N. Noor, C. Xie [et al.] // Journal of Diabetes Science and Technology. - 2021. - № 17. - P. 322-328.

4. Cengiz E. A tale of two compartments: Interstitial versus blood glucose monitoring / E. Cengiz, W.V. Tamborlane // Diabetes Technology & Therapeutics. -2009. - Vol. 11. - P. S11.

5. Thennadil S.N. Comparison of glucose concentration in interstitial fluid, and capillary and venous blood during rapid changes in blood glucose levels / S.N. Thennadil, J.L. Rennert, B.J. Wenzel, K.H. Hazen, T.L. Ruchti, M.B. Block // Diabetes Technology & Therapeutics. - 2001. - № 3. - P. 357-365.

6. Microneedles: A smart approach and increasing potential for transdermal drug delivery system / T. Waghule, G. Singhvi, S.K. Dubey [et al.] // Biomedicine & Pharmacotherapy. - 2019. - № 109. - P. 1249-1258.

7. Yeh Y.L. Real-time measurement of glucose concentration and average refractive index using a laser interferometer / Y.L. Yeh // Optics & Lasers in Engineering.

- 2008. - № 46. - P. 666-670.

8. Accurate prediction of glucose concentration and identification of major contributing features from hardly distinguishable near-infrared spectroscopy / B.K. Mekonnen, W. Yang, T.H. Hsieh [et al.] // Biomedical Signal Processing and Control. -[Netherlands], 2020. - № 59. - Article number 101923. - 15 p. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S17468094203007937via%3Dihub (access date: 19.01.2022).

9. A miniaturized photoacoustic device with laptop readout for point-of-care testing of blood glucose / Y.J. Zhang, S. Chen, Y.L. Yu [et al.] // Talanta. - [Netherlands], 2020. - № 209. - Article number 120527. - 6 p. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S00399140193116097via%3Dihub (access date: 19.01.2022).

10. A single wavelength mid-infrared photoacoustic spectroscopy for noninvasive glucose detection using machine learning / A. Aloraynan, S. Rassel, C. Xu [et al.] // Biosensors. - [Switzerland], 2022. - №2 12. - Article number 166. - 19 p. - URL: https://www.mdpi.com/2079-6374/12/3/166 (access date: 19.01.2022).

11. Glucose sensing in human epidermis using mid-infrared photoacoustic detection / J. Kottmann, J.M. Rey, J. Luginbuhl [et al.] // Biomedical Optics Express. -2012. - № 3. - P. 667-680.

12. Carbon nanotube composites for glucose biosensor incorporated with reverse iontophoresis function for noninvasive glucose monitoring / T.P. Sun, H.L. Shieh, C.T.S. Ching [et al.] // International Journal of Nanomedicine. - 2010. - № 5. - P. 343349.

13. A mediated glucose biosensor incorporated with reverse iontophoresis function for noninvasive glucose monitoring / C.T.S. Ching, T.P. Sun, S.H. Huang [et al.] // Annals of Biomedical Engineering. - 2010. - № 38. - P. 1548-1555.

14. In vivo near-infrared spectroscopy of rat skin tissue with varying blood glucose levels / J.T. Olesberg, L. Liu, V.V. Zee [et al.] // Analytical chemistry. - 2006. -№ 78. - P. 215-223.

15. Arnold M.A. Selectivity assessment of noninvasive glucose measurements based on analysis of multivariate calibration vectors / M.A. Arnold, L. Liu, J.T. Olesberg // Journal of Diabetes Science and Technology. - 2007. - № 1. - P. 454-462.

16. Shih W.C. Noninvasive glucose sensing by transcutaneous Raman spectroscopy / W.C. Shih, K.L. Bechtel, M.V. Rebec // Journal of biomedical optics. -[United States], 2015. - № 20. - Article number 051036. - 5 p. - URL: https://www.spiedigitallibrary.org/journals/journal-of-biomedical-optics/volume-20/

issue-5/051036/Noninvasive-glucose-sensing-by-transcutaneous-Raman-spectroscopy (access date: 12.02.2020).

17. Direct observation of glucose fingerprint using in vivo Raman spectroscopy / J.W. Kang, Y.S. Park, H. Chang, [et al.] // Science Advances. - [United States], 2020.

- Vol. 6 - Article number eaay5206. - 8 p. - URL: https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.aay5206 (access date: 24.01.2020).

18. 2. Classification and Diagnosis of Diabetes / N.A. ElSayed, G. Aleppo, V.R. Aroda [et al.]. // Diabetes Care. - 2023. - № 46 - P. S13-S22.

19. The SEARCH for Diabetes in Youth study: Rationale, findings, and future directions / R.F. Hamman, R.A. Bell, D. Dabelea [et al.] // Diabetes Care. - 2014. - № 37

- P.3336-3344.

20. Incidence trends of type 1 and type 2 diabetes among youths / E.J. MayerDavis, J.M. Lawrence, D. Dabelea [et al.] // New England Journal of Medicine. - 2017.

- Vol. 376. - P. 1419-1429.

21. DCCT Research Group. The Diabetes Control and Complications Trial (DCCT): Design and methodologic considerations for the feasibility phase // Diabetes. -1986. - Vol. 35. - P. 530-545.

22. Diabetes Control and Complications Trial Research Group. The effect of intensive treatment of diabetes on the development and progression of long-term complications in insulin-dependent diabetes mellitus // New England Journal of Medicine. - 1993. - Vol. 329, № 14. - P. 977-986.

23. Diabetes Control and Complications Trial Research Group. Effect of intensive diabetes treatment on the development and progression of long-term complications in adolescents with insulin-dependent diabetes mellitus // The Journal of pediatrics. - 1994. - Vol. 125. - P. 177-188.

24. 5. Facilitating Positive Health Behaviors and Well-being to Improve Health Outcomes: Standards of Care in Diabetes-2023 / N.A. ElSayed, G. Aleppo, V.R. Aroda [et al.] // Diabetes Care. - 2023. - Vol. 46. - P. S68-S96.

25. Cengiz E. A tale of two compartments: Interstitial versus blood glucose monitoring / E. Cengiz, W.V. Tamborlane // Diabetes technology & therapeutics. - 2009. - Vol. 11. - P. S-11-S-16.

26. Roe, J.N. Bloodless glucose measurements / J.N. Roe, B.R. Smoller // Critical Reviews™ in Therapeutic Drug Carrier Systems. - 1998. - Vol. 15. - P. 199241.

27. Discrepancies between blood glucose and interstitial glucose— Technological artifacts or physiology: Implications for selection of the appropriate therapeutic target / T. Siegmund, L. Heinemann, R. Kolassa [et al.] // Journal of diabetes science and technology. - 2017. - Vol. 11. - P. 766-772.

28. A flexible and wearable biosensor for tear glucose measurement / S.Iguchi, H. Kudo, T. Saito [et al.] // Biomedical microdevices. - 2007. - Vol. 9. - P. 603-609.

29. Soft, smart contact lenses with integrations of wireless circuits, glucose sensors, and displays / J. Park, J. Kim, S.Y. Kim [et al.] // Science advances. - [United States], 2018. - Vol. 4. - Article number eaap9841. - 11 p. - URL: https://www.science.org/toc/sciadv/4Z1 (access date: 24.01.2021).

30. Wearable contact lens biosensors for continuous glucose monitoring using smartphones / M. Elsherif, M.U. Hassan, A.K. Yetisen [et al.] // ACS Nano. - 2018 -Vol. 12. - P. 5452-5462

31. Wearable fluorescent contact lenses for monitoring glucose via a smartphone / M. Deng, G. Song, K. Zhong [et al.] // Sensors and Actuators: B. Chemical. -[Netherlands], 2022. - № 352. - Article number 131067. - 8 p. - URL: https://www.sciencedirect.com/journal/sensors-and-actuators-b-chemical (access date: 20.01.2024).

32. Heikenfeld J. Non-invasive analyte access and sensing through eccrine sweat: Challenges and outlook circa 2016 / Heikenfeld J. // Electroanalysis. - 2016. -№ 28. - P. 1242-1249.

33. A soft, wearable microfluidic device for the capture, storage, and colorimetric sensing of sweat / A. Koh, D. Kang, Y. Xue [et al.] // Science translational

medicine. - [United States], 2016 - № 8. - Article number 366ra165. - 4 p. - URL: https://www.science.Org/toc/stm/8/366 (access date: 23.11.2019).

34. Wearable/disposable sweat-based glucose monitoring device with multistage transdermal drug delivery module / H. Lee, C. Song, Y.S. Hong [et al.] // Science advances. - [United States], 2017. - Vol. 3. - Article number e1601314 - 8 p. -URL: https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.1601314 (access date: 08.03.2020).

35. Ratiometric fluorescent nanohybrid for noninvasive and visual monitoring of sweat glucose / Y. Cui, W. Duan, Y. Jin [et al.] // ACS sensors. - 2020. - № 5. -P. 2096-2105

36. Soni A. A paper strip based non-invasive glucose biosensor for salivary analysis / A. Soni, S.K. Jha // Biosensors and Bioelectronics. - 2015. - Vol. 67. - P. 763768.

37. Mouthguard biosensor with telemetry system for monitoring of saliva glucose: A novel cavitas sensor / T. Arakawa, Y. Kuroki, H. Nitta [et al.] // Biosensors and Bioelectronics. - 2016. - Vol. 84. - P. 106-111.

38. Enzyme-free tandem reaction strategy for surface-enhanced Raman scattering detection of glucose by using the composite of Au nanoparticles and porphyrin-based metal-organic framework / S. Hu, Y. Jiang, Y. Wu [et al.] // ACS Applied Materials & Interfaces. - 2020. - Vol. 12. - P. 55324-55330.

39. Performance of the prototype NovioSense noninvasive biosensor for tear glucose in type 1 diabetes / P. Geelhoed-Duijvestijn, D. Vegelyte, A. Kownacka [et al.] // Journal of Diabetes Science and Technology. - 2021. - Vol. 15. - P. 1320-1325.

40. Toward the development of a glucose dehydrogenase-based saliva glucose sensor without the need for sample preparation / C. Lin, B. Pratt, M. Honikel [et al.] // Journal of Diabetes Science and Technology. - 2018. - № 12. - P. 83-89.

41. Modeling glucose transport from systemic circulation to sweat / T.D. La Count, A. Jajack, J. Heikenfeld [et al.] // Journal of pharmaceutical sciences. - 2019. -Vol. 108. - P. 364-371.

42. Achievements and challenges for real-time sensing of analytes in sweat within wearable platforms / M.C. Brothers, M. DeBrosse, C.C. Grigsby [et al.] // Accounts of chemical research. - 2019. - Vol. 52. - P. 297-306

43. Advances in biosensors for continuous glucose monitoring towards wearables / L. Johnston, G. Wang, K. Hu [et al.] // Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. - [Switzerland], 2021. - № 9. - Article number 733810. - 8 p. -https://www.frontiersin.org/journals/bioengineering-and biotechnology/ articles/10.3389 /fbioe.2021.733810 (access date: 19.08.2021).

44. Comparative study of the concentration of salivary and blood glucose in type 2 diabetic patients / A.C.U. Vasconcelos, M.S.M. Soares, P.C. Almeida [et al.] // Journal of oral science. - 2010. - Vol. 52. - P. 293-298.

45. Regional and correlative sweat analysis using high-throughput microfluidic sensing patches toward decoding sweat / H.Y.Y. Nyein, M. Bariya, L. Kivimaki [et al.] // Science advances. - [United States],2019 - Vol. 5. - Article number eaaw9906 - 12 p. -URL: https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.aaw9906 (access date: 16.08.2019).

46. Doyle R.J. Use of ultraviolet absorption for determination of sugars / R.J. Doyle, H.M. Burgan // Analytical Biochemistry. - 1966. - Vol. 17. - P. 171-174.

47. Beard P. Biomedical photoacoustic imaging // Interface Focus. - 2011. - № 4. - P. 602-631.

48. Tam A.C. Applications of photoacoustic sensing techniques // Reviews of Modern Physics. - 1986. - № 2. - Article number 381. - 54 p. - URL: https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.58.381 (access date:

16.08.2019).

49. IR-spectroscopy of skin in vivo: Optimal skin sites and properties for noninvasive glucose measurement by photoacoustic and photothermal spectroscopy / A. Bauer, O. Hertzberg, A. Küderle [et al.] // Journal of biophotonics. - 2017. - Vol. 11. -Article number e201600261. - 12 p. - URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jbio.201600261 (access date:

18.04.2020).

50. Smith E. Modern Raman Spectroscopy: A Practical Approach / E. Smith, G. Dent. - NJ, USA : John Wiley & Sons: Hoboken, 2019. - 225 p.

51. Proof of concept for a new Raman-based prototype for noninvasive glucose monitoring / S. Pleus, S. Schauer, N. Jendrike [et al.] // Journal of diabetes science and technology. - 2021. - № 1. - P. 11-18.

52. Critical-depth Raman spectroscopy enables home-use non-invasive glucose monitoring / S.M. Lundsgaard-Nielsen, A. Pors, S.O. Banke [et al.] // PloS one. - [United States], 2018. - № 5 - Article number e0197134. - 11 p. - URL: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0197134 (access date: 11.05.2019).

53. Possible correlation between blood glucose concentration and the reduced scattering coefficient of tissues in the near infrared / J.S. Maier, S.A. Walker, S. Fantini, [et al.] // Optics letters. - 1994. - Vol. 19. - P. 2062-2064.

54. Noninvasive measurement of glucose concentration on human fingertip by optical coherence tomography / T.L. Chen, Y.L. Lo, C.C. Liao [et al.] // Journal of biomedical optics. - [United States], 2018. - Vol. 23. - Article number 047001. - 9 p. -URL: https://www.spiedigitallibrary.org/journals/journal-of-biomedical-optics/volume-23/issue-4/047001/Noninvasive-measurement-of-glucose-concentration-on-human-fingertip-by-optical/10.1117/1.JB0.23.4.047001.full (access date: 08.04.2021).

55. Noninvasive monitoring of glucose concentration with optical coherence tomography / R.O. Esenaliev, K.V. Larin, I.V. Larina [et al.] // Optics letters. - 2001. -№ 13. - P. 992-994.

56. In vivo study of glucose-induced changes in skin properties assessed with optical coherence tomography / R.V. Kuranov, V.V. Sapozhnikova, D.S. Prough [et al.] // Physics in Medicine & Biology. - [United Kingdom], 2006. - № 16. - Article number 3885. - 17 p. - URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0031-9155/51/16/001/meta (access date: 26.07.2020).

57. Kinnunen M.T. Detecting glucose-induced changes in in vitro and in vivo experiments with optical coherence tomography / M.T. Kinnunen, R.A. Myllyla, S. Vainio // Journal of Biomedical Optics. - [United States], 2008. - № 2. - Article number

021111. - 7 p. - URL: https://www.spiedigitallibrary.org/joumals/joumal-of-biomedical-optics/volume-13/issue-2/021111/Detecting-glucose-induced-changes-in-in-vitro-and-in-vivo (access date: 15.03.2021).

58. Merino V. Transdermal therapy and diagnosis by iontophoresis / V. Merino, Y.N. Kalia, R.H. Guy // Trends in biotechnology. - 1997. - Vol. 15. - P. 288-290.

59. Green P.G. Iontophoretic delivery of peptide drugs // Journal of controlled release. - 1996. - Vol. 41. - P. 33-48.

60. Burnette R.R. Characterization of the permselective properties of excised human skin during iontophoresis / R.R. Burnette, B. Ongpipattanakul // Journal of pharmaceutical sciences. - 1987. - № 10 - P. 765-773.

61. Potts R.O. Glucose monitoring by reverse iontophoresis / R.O. Potts, J.A. Tamada, M.J. Tierney // Diabetes/Metabolism Research and Reviews. - 2002. - Vol. 18. - P. S49-S53.

62. The GlucoWatch® biographer: A frequent, automatic and noninvasive glucose monitor / M.J. Tierney, J.A. Tamada, R.O. Potts [et al.] // Annals of medicine. -2000. - Vol. 32 - P. 632-641.

63. Cygnus Research Team. Clinical evaluation of the GlucoWatch® biographer: A continual, non-invasive glucose monitor for patients with diabetes / M. Tierney, J. Tamada, R. Potts [et al.] // Biosensors and Bioelectronics. - 2001. - Vol. 16. - P. 621-629.

64. Detection of hypoglycemia with the GlucoWatch biographer / K.R. Pitzer, S. Desai, T. Dunn [et al.] // Clinical Diabetology. - 2001. - № 4 - P. 307-314.

65. Buford R.J. A microwave frequency sensor for non-invasive blood-glucose measurement / R.J. Buford, E.C. Green, M.J. McClung // In Proceedings of the 2008 IEEE Sensors Applications Symposium. - 2008. - P. 4-7.

66. Microwave-based noninvasive concentration measurements for biomedical applications / M. Hofmann, G. Fischer, R. Weigel [et al.] // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2013. - № 5. - P. 2195-2204.

67. Low-cost portable microwave sensor for non-invasive monitoring of blood glucose level: Novel design utilizing a four-cell CSRR hexagonal configuration / A.E.

Omer, G. Shaker, S. Safavi-Naeini [et al.] // Scientific Reports. - [United Kingdom], 2020. - Vol. 10. - Article number 15200. - 20 p. - URL: https://www.nature.com/articles/s41598-020-72114-3 (access date: 16.09.2020).

68. Non-invasive continuous-time glucose monitoring system using a chipless printable sensor based on split ring microwave resonators / M. Baghelani, Z. Abbasi, M. Daneshmand [et al.] // Scientific Reports. - [United Kingdom], 2020. - Vol.10. - Article number 12980. - 15 p. - URL: https://www.nature.com/articles/s41598-020-69547-1#Ack1 (access date: 31.07.2020).

69. Kiani S. Dual-frequency microwave resonant sensor to detect noninvasive glucose-level changes through the fingertip / S. Kiani, P. Rezaei, M. Fakhr // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - [United States], 2021. - Vol. 70. -Article number 6004608. - 8 p. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9328350 (access date: 18.01.2021).

70. Obaid S.M. Fractal Minkowski-shaped resonator for noninvasive biomedical measurements: Blood glucose test. / S.M. Obaid, T.A. Elwi, M. Ilyas // Progress In Electromagnetics Research C. - 2021. - Vol. 107. - P. 143-156.

71. Compact non-invasive millimeter-wave glucose sensor / P.H. Siegel, A. Tang, G. Virbila [et al.] // Proceedings of the 2015 40th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz) : proceedings papers. Hong Kong, China, August 23-28, 2015. - Hong Kong, 2015. - 3 p. - URL: https://www.researchgate.net/publication/292216445_Compact_non-invasive_ millimeter-wave_glucose_sensor (access date: 18.01.2021).

72. First millimeter-wave animal in vivo measurements of L-Glucose and D-Glucose: Further steps towards a non-invasive glucometer / P.H. Siegel, W. Dai, R.A. Kloner [et al.] // Proceedings of the 2016 41st International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz waves (IRMMW-THz) : proceedings papers. Copenhagen, Denmark, September 25-30, 2016. - 2016. - 3 p. - URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/7758908 (access date: 18.01.2021).

73. Blood glucose level monitoring using an FMCW millimeter-wave radar sensor / A.E. Omer, S. Safavi-Naeini, R. Hughson // Remote Sensing. - [United States],

2020. - № 12. - Article number 385. - 25 p. - URL: https://www.mdpi.com/2072-4292/12/3/385 (access date: 21.01.2020).

74. Fuchs J. Detection of free radicals in skin: A review of the literature and new developments / J. Fuchs, T. Herrling, N. Groth // Oxidants and Antioxidants in Cutaneous Biology. - 2001. - Vol. 29. - 17 p. - URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11225191/ (access date: 21.01.2020).

75. Abdalla S. Electrical properties with relaxation through human blood / S. Abdalla, S. Al-Ameer, S. Al-Magaishi // Biomicrofluidics. - [United States], 2010. -№ 3. - Article number 034101. - 17 p. - URL: https://pubs.aip.org/aip/bmf/issue/4Z3 (access date: 07.06.2021).

76. Karacolak T. Cole-cole model for glucose-dependent dielectric properties of blood plasma for continuous glucose monitoring / T. Karacolak, E.C. Moreland, E. Topsakal // Microwave and Optical Technology Letters. - 2013. - Vol. 55. - P. 11601164.

77. Design and in vitro interference test of microwave noninvasive blood glucose monitoring sensor / H. Choi, J. Naylon, S. Luzio [et al.] // IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 2015. - № 10. - P. 3016-3025.

78. Microwave noninvasive blood glucose monitoring sensor: Penetration depth and sensitivity analysis / H. Choi, S. Luzio, J. Beutler [et al.] // In Proceedings of the 2018 IEEE International Microwave Biomedical Conference (IMBioC). Philadelphia, USA, June 14-15, 2018. - 2018. - P. 52-54.

79. A terahertz metamaterial sensor used for distinguishing glucose concentration / J. Yang, L. Qi, B. Li [et al.] // Results in Physics. - [Netherlands], 2021. - Vol. 26. - Article number 104332. - 7 p. - URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211379721004617 (access date: 14.05.2021).

80. Quantify glucose level in freshly diabetic's blood by terahertz time-domain spectroscopy / H. Chen, X. Chen, S. Ma, [et al.] // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. - 2018. - Vol. 39. - P. 399-408.

81. Terahertz biophotonics as a tool for studies of dielectric and spectral properties of biological tissues and liquids / O. Smolyanskaya, N. Chernomyrdin, A. Konovko [et al.] // Progress in Quantum Electronics. - 2018. - Vol. 62. - P. 1-77.

82. THz spectroscopy of bound water in glucose: Direct measurements from crystalline to dissolved state / O. Cherkasova, M. Nazarov, M. Konnikova [et al.] // Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves. - 2020. - № 9. - P. 1057-1068

83. Kamat D. Blood glucose measurement using bioimpedance technique / D. Kamat, D. Bagul, P. Patil // Advances in Electronics. - [United States], 2014. - Vol.2014.

- Article number 406257. - 5 p. - URL: https://onlinelibrary.wiley.com/ doi/full/10.1155/2014/406257 (access date: 28.12.2020).

84. An approach for noninvasive blood glucose monitoring based on bioimpedance difference considering blood volume pulsation / J. Li, T. Igbe, Y. Liu [et al.] // IEEE Access. - 2018. - Vol. 6. - P. 51119-51129.

85. Pedro, B.G. Analytical model for blood glucose detection using electrical impedance spectroscopy / B.G. Pedro, D.W.C. Marcôndes, P. Bertemes-Filho // Sensors.

- [Switzerland], 2020. - Vol.20. - Article number 6928. - 11 p. - URL: https://www.mdpi.com/1424-8220/20/23/6928 (access date: 21.11.2020).

86. Noninvasive glucose monitoring: A novel approach / I. Harman-Boehm, A. Gal, A.M. Raykhman [et al.] // Journal of Diabetes Science and Technology. - 2009. -Vol. 3. - P. 253-260

87. Assessing the performance of a noninvasive glucose monitor in people with type 2 diabetes with different demographic profiles / K. Bahartan, K. Horman, A. Gal [et al.] // Journal of Diabetes Research. - [Egypt], 2017. - Vol. 2017. - Article number 4393497. - 8 p. - URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/ 10.1155/2017/4393497 (access date: 20.12.2019).

88. Lin, T. The accuracy of a non-invasive glucose monitoring device does not depend on clinical characteristics of people with type 2 diabetes mellitus / T. Lin, Y. Mayzel, K. Bahartan // Journal of drug assessment. - 2018. - Vol. 7. - P. 1-7.

89. Combined near-infrared spectroscopy and multifrequency bio-impedance investigation of skin alterations in diabetes patients based on multivariate analyses / J.

Nyström, B. Lindholm-Sethson, L. Stenberg, [et al.] // Medical and Biological Engineering and Computing. - 2003. - Vol. 41. - P. 324-329.

90. Bioelectrical characteristics of type 1 and type 2 diabetic subjects with reference to body water compartments / S. Buscemi, G. Blunda, R. Maneri [et al.] // Acta diabetologica. - 1998. - Vol. 35. - P. 220-223.

91. Fouad M.M. Joint NIR-BIS Based Non-Invasive Glucose Monitoring System / M.M. Fouad, D.Y. Mahmoud, M.A. Abd El Ghany // In Proceedings of the 2018 30th International Conference on Microelectronics (ICM). - 2018. - P. 88-91.

92. Jackson J. D. Classical Electrodynamics / 2nd ed. Wiley, New York. - 1975.

93. McDonald K.T. Radiation in the Near Zone of a Hertzian Dipole // Joseph Henry Laboratories. - 2024. - P. 1-6

94. Xu Q. A new formula on the Fresnel reflectance and its application in microwave remote sensing / Q. Xu, Y. Liu // Science in China Series D: Earth Sciences.

- 2004. - Vol. 47. - P. 1045-1052.

95. Yakubov V.P. Electrodynamics: Textbook // Tomsk: Publishing house of the STL. - 2006. - 148 p.

96. Yakubov V.P. Phase transition in the formation of electromagnetic radiation / V.P. Yakubov, E.V. Wyman, A.K. Prasath // Russian Physics Journal. - 2017. - Vol. 59

- P. 1711-1717.

97. Управляемое интерференционное туннелирование электромагнитного излучения через однородный фотонный барьер / А.Ю. Чигиринский, В.П. Беличенко, А.С. Мироньчев, А.С. Запасной [и др.] // Актуальные проблемы радиофизики: 10-я Международная научно-практическая конференция, 26-29 сентября 2023 г., г. Томск : сборник трудов конференции. Томск: Изд. дом Том. гос. ун-та, 2023. С. 103-108.

98. Development of a metalens for radio wave ground-penetrating radars / A.V. Gorst, A.S. Mironchev, I.S. Tseplyaev, S.E. Shipilov [et al] // Applied Sciences. -[Switzerland],2023. Vol. 13. - № 2. - Article number 911. - 8 p. - URL: https://www.mdpi.eom/2076-3417/13/2/911.

99. Неинвазивная диагностика меланомы и других новообразований кожи методом резонансного ближнепольного СВЧ-зондирования / Д.В. Янин, А.Г. Галка, А.И. Смирнов // Журнал радиоэлектроники. - 2015. - № 1. - P. 1-16.

100. Гайкович К.П. О ближнепольной СВЧ диагностике неоднородностей в сильнопоглощающих средах. / К.П. Гайкович, Е.С. Максимович // Журнал радиоэлектроники. - 2015. - № 1. - P. 1-14.

101. Maeda S. Power flow between adjacent electric dipoles / S. Maeda, P. Diament // IEEE Antennas and Propagation Magazine. - 2003. - Vol. 44. - №2 6. - P. 6876.

102. Беличенко В.П. Управление величиной и пространственным распределением интерференционных потоков энергии в ближних полях систем идентичных излучателей / В.П. Беличенко, А.С. Запасной, П.В. Шестаков // Оптика и спектроскопия, - 2015. - Т. 118. - № 4. - P. 633-636.

103. Application of broadband microwave near-field sensors for glucose monitoring in biological media / A. S. Zapasnoy, V.P.Belichenko, A.V.Gorst, [et al] //Applied Sciences. - [Switzerland], 2021. - Vol. 11. - № 4. - Article number 1470. - 9 p. - URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/4/1470 (date of access: 02.12.2021).

104. Анализ взаимодействия электромагнитного поля в широкой полосе частот с модельной плоскослоистой биологической средой, содержащей кровеносные сосуды с небольшой глубиной залегания, в условиях диагностики такой среды ближнепольным локатором / А.В. Горст, А.С. Мироньчев, А.С. Запасной [и др.] //Актуальные проблемы радиофизики. АПР-2019: 8-я Международная научно-практическая конференция, г. Томск, 1-4 октября 2019 г. : сборник трудов конференции. Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2019. С. 126-128.

105. Неинвазивный контроль глюкозы: состояние и перспективы сверхвысокочастотных методов /В.П. Беличенко, А.С. Запасной, А.С. Мироньчев, А.В. Клоков, А.В. Горст; науч. ред.: В.П. Якубов. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2021. 76 с. (Ближнепольные технологии неинвазивной глюкометрии: аналитические обзоры).

106. Common-Mode Clutter Filtering for the Problem of Sounding Multilayer Media Using Ground-Penetrating Radar / A.V. Gorst, I.S. Tseplyaev, A.I. Eremeev, S.E. Shipilov [et al] // Remote Sensing. - [Switzerland], 2023. - Vol. 15. - № 11. - Article number 2751. - 11 p. URL: https://www.mdpi.com/2072-4292/15/11/2751 (access date: 12.01.2024).

107. Theoretical simulation of the near-field probe for non-invasive measurements on planar layers with biological characteristics / A.V. Gorst, K.V. Zavyalova, V.P. Yakubov, A.S. Mironchev [et al] // Bioengineering. - [Switzerland], 2020. - Vol. 7. - № 4. - Article number 0149. - URL: https://www.mdpi.com/2306-5354/7/4/149 (access date: 12.12.2021).

108. Simulation and experimental study of the near field probe in the form of a folded dipole for measuring glucose concentration / A.V. Gorst, K.V. Zavyalova, A.S. Mironchev [et al] //Applied Sciences. - [Switzerland], 2021. - Vol. 11. - № 12. - Article number 5415. - 19 p. - URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/12/5415 (access date: 12.12.2022).

109. Gorst A.V. Non-invasive determination of glucose concentration using a near-field sensor / A.V. Gorst, K.V. Zavyalova, A.S. Mironchev //Biosensors. -[Switzerland],2021. - Vol. 11. - № 3. - Article number 62. - 8 p. -URL:https://www.mdpi.com/2504-3900/60/1/1/xml (access date: 12.12.2022).

110. Разработка имитаторов биологических сред головного мозга / В.В. Васин, А.И. Еремеев, А.В. Горст, С.Э. Шипилов [и др.] // Актуальные проблемы радиофизики: 10-я Международная научно-практическая конференция, 26-29 сентября 2023 г., г. Томск: сборник трудов конференции. Томск: Изд. дом Том. гос. ун-та, 2023. С. 50-52.

111. Мироньчев А.С. Малогабаритный комплекс для измерения электрофизических параметров плоскослоистых материалов в СВЧ диапазоне / А.С. Мироньчев, А.В. Горст, С.Э. Шипилов // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: сборник научных трудов 32-ой Международной научно-технической конференции. Вып. 4. Севастополь, 2022. С. 221-222.

112. Ближнепольный датчик для неинвазивного определения концентрации глюкозы / А.В. Горст, А.С. Мироньчев, А.С. Запасной, С.Э. Шипилов // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: сборник научных трудов 32-ой Международной научно-технической конференции. Вып. 4. Севастополь, 2022. С. 279-280.

113. The optical and electrical non-invasive methods of measurement for glucose concentration in biological liquids / A.V. Gorst, K.V. Zavyalova, A.S. Mironchev, [et al.] //Journal of Physics: Conference Series. - [Switzerland], 2021. - Vol. 2140. - № 1. -Article number 12039. - 6 p. - URL: https://www.sciencegate.app/document/10.1088/1742-6596/2140/1/012039 (access date: 12.12.2020).

114. Microwave method for measuring electrical properties of the materials / A. Gorst, K. Zavyalova, S. Shipilov [et al.] // Applied Sciences. - [Switzerland], 2020. -Vol. 10. - Article number 8936. - 14 р. - URL: https://www.mdpi.com/2076-3417/10/24/8936 (access date: 12.12.2020).