Математичне моделювання процесу вимірювання внутрішньої температури тіла людини радіотермометром

Анотація

Розглянуто принципи роботи радіотермометра під час вимірювання внутрішньої температури тіла людини, що ґрунтуються на фізичних законах теплового випромінювання, зокрема – закону Планка, закону Релея-Джинса, рівняннях теплопровідності та затухання хвиль за законом Бугера-Ламберта, а також температурні властивості тканин, на яких проводять моделювання процесу вимірювання. Запропоновано математичну модель, розроблену для аналізу впливу параметрів роботи радіотермометра, а також впливу характеристик тканин, на яких проводили дослідження щодо вимірювання внутрішньої температури тіла людини. Модель враховує багатошаровість біологічних тканин, теплофізичні властивості кожного шару та метаболічну активність тканин, що впливає на внутрішнє теплове поле, а також параметри роботи радіотермометра, такі як довжина хвилі, частота хвилі, задана глибина вимірювання та інші. Математичну модель реалізовано мовою програмування Python з подальшим моделюванням розподілу температури тканин і вимірювання теплового випромінювання залежно від конфігурацій пристрою, а також від характеристик тканини, що дає змогу виконувати числові експерименти для валідації та калібрування параметрів роботи радіотермометра. Оцінено вплив глибини вимірювання температури, довжини хвилі, частоти хвилі та характеристик тканин на методологічну похибку вимірювання температури пристроєм, які можна використати для удосконалення роботи та калібрування радіотермометра. Встановлено, що затухання хвиль істотно впливає на глибину проникнення сигналу, а також на точність вимірювань, особливо у випадку тканин з високими коефіцієнтами поглинання. Результати вимірювання, отримані з математичної моделі, узгоджуються з фізичними принципами та законами, які описують властивості хвиль та температури. Це дослідження забезпечує основу для підвищення точності неінвазивних вимірювань внутрішньої температури тіла людини за допомогою радіотермометрів та адаптації пристроїв для конкретних застосувань.