Radiometric monitoring of cerebral cortex temperature

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Impaired temperature homeostasis is crucial for the development and progression of brain damage in patients with stroke or traumatic brain injuries. Traditional basal thermometry techniques do not provide accurate brain temperature data. Additionally, the location of sensors limits the use of invasive thermometry. Existing non-invasive technologies, such as nuclear magnetic resonance and near-infrared spectroscopy, are either expensive or inaccurate. Microwave radiothermometry is a promising, noninvasive way to measure the temperature of deep tissues, including the cerebral cortex.

AIM: This study aimed to evaluate the accuracy and depth of brain temperature measurements using microwave radiothermometry, compared to data from implanted temperature sensors, and to monitor changes in cerebral cortex temperature during craniocerebral hypothermia.

METHODS: The study had two parts. The first part measured the brain temperature of patients with hemorrhagic stroke after decompressive craniectomy (n=5) using implanted temperature sensors (at a depth of 4–5 cm) and compared results with data from non-invasive microwave radiothermometry. The second part monitored changes in cortical temperature during craniocerebral hypothermia in patients with chronic disorders of consciousness (n=60).

RESULTS: A comparison of the data revealed that the difference between invasive thermometry and microwave radiothermometry did not exceed 0.3°C at a depth of 4–5 cm, corresponding to the cerebral cortex. Despite no change in basal temperature, a statistically significant decrease in frontal cortex temperature by 2.4–3.1°C was reported in craniocerebral hypothermia.

CONCLUSION: Microwave radiothermometry is a noninvasive method for assessing cerebral cortex temperature, allowing for the detection of latent hyperthermia and the monitoring of hypothermia depth.

About the authors

Marina V. Petrova

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology; Peoples’ Friendship University of Russia

Email: mpetrova@fnkcrr.ru
ORCID iD: 0000-0003-4272-0957
SPIN-code: 9132-4190

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow; Moscow

Oleg A. Shevelev

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology; Peoples’ Friendship University of Russia

Author for correspondence.
Email: shevelev_o@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6204-1110
SPIN-code: 9845-2960

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow; Moscow

Kirill A. Salimov

City Clinical Hospital named after A.K. Eramishantsev

Email: skpochta@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2235-059X
SPIN-code: 9276-6361
Russian Federation, Moscow

Dmitry V. Torshin

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology

Email: torshin.dmitrii@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-0134-5284
SPIN-code: 1205-9474

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Moscow

Sergey G. Vesnin

Center for the Development of Microwave Diagnostics

Email: vesnin47@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4353-8962
SPIN-code: 5568-7283
Russian Federation, Moscow

Ilya V. Borisov

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology

Email: realzel@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5707-118X
SPIN-code: 7800-6446
Russian Federation, Moscow

Nadezhda A. Khodorovich

Peoples’ Friendship University of Russia

Email: khodorovich_na@rudn.university
ORCID iD: 0000-0002-1289-4545
SPIN-code: 6237-9153

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

Russian Federation, Moscow

Maria A. Zhdanova

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology

Email: mchubarova@fnkcrr.ru
ORCID iD: 0000-0001-6550-4777
SPIN-code: 4406-7802
Russian Federation, Moscow

Dmitry S. Yankevich

Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology

Email: yanson_d@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5143-7366
SPIN-code: 6506-8058

MD, Cand. Sci. (Medicine)

Russian Federation, Moscow

References

  1. Fountas KN, Kapsalaki EZ, Feltes CH, et al. Disassociation between intracranial and systemic temperatures as an early sign of brain death. J Neurosurg Anesthesiol. 2003;15(2):87–89. doi: 10.1097/00008506-200304000-0000
  2. Fleischer СС, Wu J, Qiu D, et al. The brain thermal response as a potential neuroimaging biomarker of cerebrovascular impairment. AJNR Am J Neuroradiol. 2017;38(11):2044–2051. doi: 10.3174/ajnr.A5380
  3. Wang H, Kim M, Normoyle KP, Llano D. Thermal regulation of the brain: an anatomical and physiological review for clinical neuroscientists. Front Neurosci. 2016;9:528. doi: 10.3389/fnins.2015.00528
  4. Karaszewski B, Wardlaw JM, Marshall I, et al. Measurement of brain temperature with magnetic resonance spectroscopy in acute ischemic stroke. Ann Neurol. 2006;60(4):438–446. doi: 10.1002/ana.20957
  5. Covaciu L, Rubertsson S, Ortiz-Nieto F, et al. Human brain MR spectroscopy thermometry using metabolite aqueous-solution calibrations. J Magn Reson Imaging. 2010;31(4):807–814. doi: 10.1002/jmri.22107
  6. Karaszewski B, Carpenter TK, Thomas RG, et al. Relationships between brain and body temperature, clinical and imaging outcomes after ischemic stroke. J Cereb Blood Flow Metab. 2013;33(7):1083–1089. doi: 10.1038/jcbfm.2013.52
  7. Rzechorzek NM, Thrippleton MJ, Chappell FM, et al.; CENTER-TBI High Resolution ICU (HR ICU) Sub-Study Participants and Investigators. A daily temperature rhythm in the human brain predicts survival after brain injury. Brain. 2022;145(6):2031–2048. doi: 10.1093/brain/awab466 EDN: TLEHPG
  8. Roldán M, Kyriacou PA. Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) in Traumatic Brain Injury (TBI). Sensors (Basel). 2021;21(5):1586. doi: 10.3390/s21051586 EDN: PEOGID
  9. Bakhsheshi MF, Diop M, Lawrence KS, Lee TY. Monitoring brain temperature by time-resolved near-infrared spectroscopy: pilot study. J Biomed Opt. 2014;19(5):057005. doi: 10.1117/1.JBO.19.5.057005
  10. Shevelev OA, Petrova MV, Yuriev MY, et al. A method of microwave radiothermometry in studies of circadian rhythms of brain temperature. Bull Exp Biol Med. 2022;173(3):380–383. doi: 10.1007/s10517-022-05553-9 EDN: SDYOTU
  11. Cheboksary DV, Butrov AV, Shevelev OA, et al. Diagnostic opportunities of noninvasive brain thermomonitoring. Russian journal of anaesthesiology and reanimatology. 2015;60(1):66–69. EDN: TTCHMZ
  12. Rodrigues DB, Stauffer PR, Pereira PJ, Maccarini PF. Microwave radiometry for noninvasive monitoring of brain temperature. In: Crocco L, Karanasiou I, James M, Conceição R, eds. Emerging electromagnetic technologies for brain diseases diagnostics, monitoring and therapy. Springer, Cham; 2018. Р. 87–127.
  13. Tarakanov AV, Tarakanov AA, Efremov VV, et al. Influence of ambient temperature on recording of skin and deep tissue temperature in the region of lumbar spine. Eur J Mol Clin Med. 2020;7(1):21–26. doi: 10.5334/ejmcm.274 EDN: LRXYWN
  14. Childs C, Machin G. Reliability issues in human brain temperature measurement. Crit Care. 2009;13:R106(2009). doi: 10.1186/cc7943
  15. Shevelev OA, Petrova MV, Saidov ShKh, et al. Neuroprotection mechanisms in cerebral hypothermia (review). General Reanimatology. 2019;15(6):94–114. doi: 10.15360/1813-9779-2019-6-94-114 EDN: MFDCOE

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».