DE19515317A1 - Early diagnosis of all types of cancer using thermal method - Google Patents

Early diagnosis of all types of cancer using thermal method

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Abstract

The method involves tempering the surface of the skin at and around the tumour using non-contact temperature or heat current oscillations. The method uses heat current or other power generators. The intensity of these is controlled by temp. or heating current sensors remote from the tumour. The surface temp. distribution is measured until it reaches a quasi- stationary end state. The patient is brought into a climatised room with constant climate data e.g. room air temp., air movement, surface temp. of the room walls which have known heat emission coefficient. The patient stays there until the temp. equalisation between the skin temp. and the room air temp. is carried out. Next,a temp. oscillation is generated on the skin surface over the tumour and the surrounding area. The surface temp. is measured by a contact thermometric or contact free method. The amplitudes of the temp. oscillations are measured as temp. differences between the extreme temp. and the average skin temp. away from the tumour. If the heating of the skin is sinusoidal, the thermal impedance between the generator and the skin as a function of the location and/or phase. Rhythmic heating can also be carried out wherein between the heating phases the skin is cooled by forced cooling gas or coolant or by cooling the room air. During rhythmic tempering the set skin temp. distribution is registered as a function of time and is analysed according to amplitude and/or phase. The measurement and analysis of temp. distribution over the tumour is continued until an essentially stationary end state is reached, given by thermal regulation in organic tissue on equalising the skin temp. the that of the room. The temp. surface structure of the blood vessels to the tumour and its surrounding are directly represented using an image analysis system and analysed using static methods.

Description

Die Erfindung gehört dem technischen Gebiet der Medizinfor­ schung mit thermischen Verfahren an.The invention belongs to the technical field of medicine with thermal processes.

Die üblichen thermographischen Untersuchungen wurden bisher unter nicht einwandfreien physikalischen Versuchsbedingungen in nicht klimatisierten, nicht abgeschirmten Versuchsräumen durchgeführt.The usual thermographic examinations have so far been under impeccable physical test conditions in non-air-conditioned, unshielded test rooms carried out.

Es wird zwar vor und/oder nach einmaliger Erwärmung bzw. Ab­ kühlung der Hautoberfläche die sich einstellende Temperatur­ verteilung auf der Haut mittels Thermographieverfahren beob­ achtet und registriert und statistisch ausgewertet, jedoch ist eine Kombination dieser Meß- und Auswerteverfahren mit der in der Erfindung vorgestellten schwingungsförmigen, defi­ nierten Erwärmung der Haut am Tumor und fernab davon aus der Literatur nicht bekannt.It is true before and / or after a single heating or starting cooling the skin surface the temperature that arises Observe distribution on the skin using a thermography process respects and registers and statistically evaluated, however is a combination of these measurement and evaluation methods with the oscillatory, defi presented in the invention heating of the skin on the tumor and far away from it Literature not known.

(Hefte 3, (Juli 1994), 4 (Oktober 1994), 1 (Januar 1995) mit computergestützter Literaturrecherche zur Thermographie all­ gemein mit 141 ausgewerteten Literaturstellen, beziehbar über Dr. K. Ammer, Ludwig Boltzmann Forschungsstelle für Physika­ lische Diagnostik, Hanuschkrankenhaus, Heinrich Collin Str. 30, A - 1140 Wien/Austria).(Issues 3, (July 1994), 4 (October 1994), 1 (January 1995) with computer-assisted literature research on thermography all together with 141 evaluated references, available from Dr. K. Ammer, Ludwig Boltzmann Research Center for Physics Diagnostics, Hanusch Hospital, Heinrich Collin Str. 30, A - 1140 Vienna / Austria).

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem betrifft ein Ver­ fahren zur sicheren Frühdiagnostik von Karzinomen mit thermi­ schen Verfahren, bei dem die Hautoberfläche zeitabhängig - schwingungsförmig - erwärmt wird und die sich am Tumor und fernab davon ausbildende Oberflächentemperaturverteilung als Funktion der Zeit bis zum quasistationären Endzustand regi­ striert und am Ende mit Hilfe statistischer Verfahren ausge­ wertet wird.The problem underlying the invention relates to a Ver drive to the safe early diagnosis of carcinomas with thermi procedure in which the surface of the skin is vibrating - is heated and which is on the tumor and far from it forming surface temperature distribution as Function of time until quasi-steady state regi strated and in the end with the help of statistical procedures is evaluated.

Anschließend wird eine Patientenstatistik geführt. Gut- und bösartige Tumore unterscheiden sich durch unter­ schiedliche thermoregulatorische Vorgänge im durchbluteten Gewebe, so daß eine deutlich verbesserte Frühdiagnostik von Karzinomen zu erwarten ist.Subsequently, patient statistics are kept. Benign and malignant tumors differ by different thermoregulatory processes in the blood supply Tissue, so that a significantly improved early diagnosis of Carcinoma is expected.

Claims (16)

1. Verfahren zur Frühdiagnostik von Karzinomen aller Art durch Temperierung der Hautoberfläche am Tumor und Umge­ bung mit Hilfe von berührungslos aufgeprägten Temperatur- oder Wärmestromschwingungen mit Hilfe von Wärmestrom - oder anderen Energiegeneratoren, die von Temperatur/oder Wärmestromsensoren fernab vom Tumor in ihrer Intensität geregelt werden, und Messung der sich an Tumor und Umge­ bung einstellenden Oberflächentemperaturverteilung bis zum quasistationären Endzustand, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
  • - Der Patient/die Patientin wird in einem klimatisierten Raum mit konstant gehaltenen Klimadaten wie Raumlufttem­ peratur, Luftbewegung, Oberflächentemperatur der um­ schließenden Wände mit bekanntem Wärmeemissionsgrad ge­ bracht und verweilt dort, bis der sich - bei freier Haut­ oberfläche - einstellende Temperaturausgleich zwischen Hauttemperatur und Raumlufttemperatur erfolgt ist;
  • - anschließend wird auf die Hautoberfläche über dem Tumor und in dessen Umgebung eine Temperaturschwingung über größere Flächen - im engeren Sinne auch eine periodische Temperaturschwingung, wie sie mathematisch und physika­ lisch genau definiert ist - an der Hautoberfläche erzeugt und die Oberflächentemperatur kontaktthermometrisch oder berührungslos gemessen. Die Temperaturamplituden der Tem­ peraturschwingung werden dabei immer als Differenztempe­ raturen zwischen den Extremaltemperaturen der Temperatur­ schwingung und der mittleren Hauttemperatur fernab vom Tumor gemessen;
  • - im Falle einer sinusförmigen Erwärmung der Hautoberflä­ che, d. h. mit gleich hohen positiven und negativen Tempe­ raturamplituden wird die thermische Impedanz zwischen Wärmestromgeber (Thermogenerator) und Hautoberfläche als Funktion des Ortes und/oder der Phase für eine oder ver­ schiedene Frequenzen als Funktion des Ortes gemessen;
  • - die rhythmische Erwärmung bei Erzeugung der aufgeprägten Wärmestrom- und Temperaturschwingungen kann auch allein durch positive Amplituden der aufgeprägten Wärmestrom- oder Temperaturwelle vorgenommen werden, wobei zwischen den Erwärmungsphasen eine Abkühlung der Hautoberfläche durch forcierte Kaltgase bzw. Kühlmittel oder Abkühlung an der Raumluft erfolgt;
  • - die sich während der rhythmischen Temperierung mit defi­ nierten, unterschiedlich hohen Amplituden der Wärmestrom- oder Temperaturfelder sich einstellenden Hauttemperatur­ verteilung wird als Funktion der Zeit ständig registriert und nach ihrer Amplitude allein oder zusätzlich auch nach ihren Phasen als Funktion des Ortes für eine oder mehrere Frequenzen analysiert;
  • - die Messung und/oder Analyse der Hauttemperaturverteilung über dem Tumor und daneben wird solange fortgesetzt, bis sich ein hinreichend stationärer Endzustand einstellt, der gegeben ist, durch die Thermoregulation im organi­ schen Gewebe und dem Wärmeausgleich von der Hautoberflä­ che zum temperierten Versuchsraum;
  • - die Temperatur-Oberflächen-Struktur der Blutgefäße am Tu­ mor und in dessen Umgebung werden direkt mit Bildauswer­ tesystemen aufgezeichnet und mit statistischen Methoden analysiert;
  • - Patientenstatistiken werden angelegt;
  • 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbringung des Wärmestromfeldes Heißlüfter verwendet werden, deren elektrische Heizleistung mittels der mit Wärmestrommessern an der Hautoberfläche - fernab vom Tu­ mor - gemessenen Wärmeströme so eingeregelt werden, daß sich - periodisch - rhythmische Wärmeströme mit konstan­ ten positiven Amplituden auf der Haut, fernab vom Tumor, einstellen.
1.Procedure for the early diagnosis of all types of carcinoma by tempering the skin surface on the tumor and the surrounding area with the help of non-contact temperature or heat flow vibrations with the help of heat flow - or other energy generators, which are regulated in intensity by temperature / or heat flow sensors far from the tumor , and measurement of the surface temperature distribution at the tumor and the surrounding area up to the quasi-stationary final state, characterized by the combination of the following features:
  • - The patient is brought into an air-conditioned room with constant climate data such as room air temperature, air movement, surface temperature of the surrounding walls with a known heat emission level and stays there until the temperature balance between skin temperature and room air temperature is established - with the skin surface clear has taken place;
  • - Then, on the skin surface above the tumor and in its surroundings, a temperature oscillation over larger areas - in the narrower sense also a periodic temperature oscillation, as it is precisely defined mathematically and physically - is generated on the skin surface and the surface temperature is measured contact thermometrically or without contact. The temperature amplitudes of the temperature oscillation are always measured as difference temperatures between the extreme temperatures of the temperature oscillation and the mean skin temperature far from the tumor;
  • - In the case of a sinusoidal heating of the skin surface, ie with equal high positive and negative temperature amplitudes, the thermal impedance between the heat generator (thermogenerator) and the skin surface is measured as a function of the location and / or the phase for one or different frequencies as a function of the location ;
  • - The rhythmic heating when generating the impressed heat flow and temperature vibrations can also be carried out solely by positive amplitudes of the impressed heat flow or temperature wave, with the skin surface being cooled between the warming phases by forced cold gases or coolants or cooling in the room air;
  • - The skin temperature during the rhythmic tempering with defined, differently high amplitudes of the heat flow or temperature fields is constantly recorded as a function of time and according to its amplitude alone or additionally according to its phases as a function of the location for one or more frequencies analyzed;
  • - The measurement and / or analysis of the skin temperature distribution over the tumor and next to it continues until a sufficiently stationary final state, which is given by the thermoregulation in organic tissue and the heat balance from the skin surface to the temperature-controlled test room;
  • - The temperature-surface structure of the blood vessels at and around Tu mor are recorded directly with image evaluation systems and analyzed using statistical methods;
  • - patient statistics are created;
  • 2. The method according to claim 1, characterized in that hot fans are used to apply the heat flow field, their electrical heating power by means of heat flow meters on the skin surface - far from Tu mor - measured heat flows are adjusted so that - periodically - rhythmic heat flows with constant Set positive amplitudes on the skin, far from the tumor.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbringung des Wärmestroms - zur Erzeugung der Tem­ peraturschwingungsfelder - abwechselnd eingeschaltete Heiß- und Kühllüfter verwendet werden, wobei im Falle der Heißlüfter deren elektrische Heizleistung über die gemes­ sene mittlere Oberflächentemperatur der Haut - fernab vom Tumor - auf konstante positive Temperaturamplituden ein­ geregelt wird - und im Falle des Einstellens der Kühl­ lüfter - die Absenkung der mittleren Hauttemperatur durch Zufuhr von Kühlluft auf konstante negative Temperatur­ amplituden mittels Frequenzregelung der Lüftermotore der Kühllüfter vorgenommen wird. Die Absolutwerte der Tempe­ raturerhöhungen und Temperaturerniedrigungen - jeweils gemessen gegen die mittlere Oberflächentemperatur der Haut - fernab vom Tumor - werden als positive, bzw. nega­ tive Temperaturamplituden bezeichnet.3. The method according to claim 1, characterized in that to apply the heat flow - to generate the tem temperature vibration fields - alternately switched on Hot and cooling fans are used, being in the case of Fan heaters whose electrical heating output over the measured its average surface temperature of the skin - far from Tumor - respond to constant positive temperature amplitudes is regulated - and in the case of setting the cooling fan - lowering of the average skin temperature through Supply of cooling air to constant negative temperature amplitudes by frequency control of the fan motors Cooling fan is made. The absolute values of the tempe temperature increases and temperature decreases - each measured against the mean surface temperature of the Skin - far from the tumor - are considered positive or nega tive temperature amplitudes. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Peltierthermogenerators, der über die Hautoberfläche geführt wird, eine sinusförmige Tempera­ turwelle an der Hautoberfläche erzeugt wird und die ther­ mische Impedanz zwischen Generator- und Hautoberfläche über dem gemessenen Quotienten aus der Temperaturdiffe­ renz zwischen der Oberfläche des Thermogenerators - nahe der Hautoberfläche - und der Hautoberfläche direkt Δδ und der z. B. dem Thermogenerator zugeführten und gemessenen Φel elektrischen Leistung nach hinreichend guter thermischer Wärmedämmung des Ther­ mogenerators gegenüber der Außenluft - in Abhängigkeit von Amplitude und/oder Frequenz und/oder Phase als Funk­ tion des Ortes gemessen wird und mittels einer mechani­ schen Abtastvorrichtung mit angeschlossener Bildauswer­ tung eine Darstellung der Verteilung der thermischen Im­ pedanz auf der Hautoberfläche und folgende Bildauswertung mit statistischer Analyse vorgenommen wird.4. The method according to claim 1, characterized in that with the aid of a Peltier thermogenerator, which is guided over the skin surface, a sinusoidal temperature wave is generated on the skin surface and the thermal impedance between the generator and skin surface above the measured quotient from the temperature difference between the surface of the thermogenerator - near the skin surface - and the skin surface directly Δδ and the z. B. the thermal generator supplied and measured Φ el electrical power after sufficiently good thermal insulation of the thermogenerator against the outside air - depending on the amplitude and / or frequency and / or phase as a function of the location is measured and by means of a mechanical scanning device with connected image evaluation a representation of the distribution of the thermal impedance the skin surface and subsequent image analysis with statistical analysis. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe in konstanten, zeitlichen Abständen aufeinan­ derfolgende, gleichgroße Strömungsvolumina eines Kälte­ mittel- oder Kühlgasstromes auf die Hautoberfläche am Tu­ mor und über dessen nähere Umgebung aufgebracht werden, und auf diese Weise Temperaturschwingungen auf der Haut­ oberfläche erzeugt werden.5. The method according to claim 1, characterized in that with the help of one another at constant time intervals  the following, equally large flow volumes of a cold medium or cooling gas flow on the skin surface at the Tu mor and about its immediate surroundings, and in this way temperature fluctuations on the skin surface are generated. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines auf periodische, gleich hohe Strömungsvo­ lumina geregelten Kältemittel- oder Gasstroms eine Wär­ mestromwelle konstanter, negativer Amplitude auf die Kör­ peroberfläche am Tumor und dessen Umgebung aufgeprägt wird, wobei die Regelung der Strömungsvolumina mit Hilfe von Wärmestrommessern fernab vom Tumor und die Einstel­ lung der Strömungsvolumina mit Hilfe elektrisch einstell­ barer pneumatischer Umformer (elektromagnetische Regler) vorgenommen wird.6. The method according to claim 1, characterized in that with the help of a periodic, equally high flow rate lumina regulated refrigerant or gas flow a heat mestromwelle constant, negative amplitude on the Kör per surface on the tumor and its surroundings is, the regulation of the flow volumes with the help of heat flow meters far from the tumor and the setting the flow volumes with the help of electrical adjustment bar pneumatic converter (electromagnetic controller) is made. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsvolumina des aufgeprägten zeitabhängigen Kältemittel- bzw. Kühl-Gasstromes so eingestellt werden, daß sich durch Steuerung eines elektromagnetischen Reg­ lers, durch den die Strömung durchtritt, mit Hilfe der an der Körperoberfläche gemessenen Oberflächentemperatur ei­ ne hinreichend periodische Temperaturwelle mit konstanten positiven und negativen Temperaturamplituden - jeweils gemessen als Abweichung gegen die mittlere Hauttemperatur neben dem Tumor - einstellt.7. The method according to claim 1, characterized in that the flow volumes of the imprinted time-dependent Refrigerant or cooling gas flow can be set so that by controlling an electromagnetic Reg lers, through which the current passes, with the help of the the surface temperature measured ei ne sufficiently periodic temperature wave with constant positive and negative temperature amplitudes - each measured as a deviation from the average skin temperature next to the tumor - adjusts. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur schwingungsförmigen Erwärmung der Hautoberfläche IR- Strahler verwendet werden, deren elektrische Leistung be­ liebig mit Hilfe von Funktionsgeneratoren aufmoduliert werden.8. The method according to claim 1, characterized in that for vibration-like heating of the skin surface IR Spotlights are used whose electrical power be modulated with the help of function generators will. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbringung der Temperaturschwingungen auf die Haut­ oberfläche IR-Strahler verwendet werden, die in gleichlangen, aufeinanderfolgenden Zeitabständen ein- und ausgeschaltet werden. 9. The method according to claim 1, characterized in that to apply the temperature fluctuations to the skin surface IR emitters used in equally long, consecutive intervals on and turned off.   10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur rhythmischen Erwärmung der Hautoberfläche die dazu verwendeten IR-Strahler in ihrer elektrischen Leistung mit Hilfe von Wärmestrommessern auf der Hautoberfläche fernab vom Tumor so geregelt werden, daß sich gleich ho­ he, konstante Wärmestromamplituden an der Hautoberfläche ergeben.10. The method according to claim 1, characterized in that for rhythmic heating of the skin surface used IR emitters in their electrical performance with the help of heat flow meters on the skin surface far away from the tumor are regulated so that ho he constant heat flow amplitudes on the skin surface surrender. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe von Infrarotstrahlern an der Hautoberfläche erzeugte Temperaturwelle gleich hohe, positive Tempera­ turamplituden - gemessen als Abweichung gegen die mittle­ re Hauttemperatur neben dem Tumor - aufweist, und daß die Konstanz der positiven Temperaturamplituden durch Rege­ lung der elektrischen Leistung der IR-Strahler mit Hilfe der gemessenen Hauttemperatur erfolgt.11. The method according to claim 1, characterized in that with the help of infrared radiators on the skin surface generated temperature wave equal high, positive tempera door amplitudes - measured as a deviation from the mean re skin temperature next to the tumor - and that the Consistency of positive temperature amplitudes through rain the electrical power of the IR radiators with the help the measured skin temperature takes place. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Oberflächentemperaturschwingungen an der Hautoberfläche Ultraschallwellen, die mit leistungs­ starken US-Generatoren erzeugt werden, die mit Funktions­ generatoren beliebig in ihrer elektrischen Leistung auf­ moduliert werden.12. The method according to claim 1, characterized in that to generate surface temperature vibrations the skin surface ultrasonic waves with powerful strong US generators are produced with functional generators in their electrical output be modulated. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Oberflächentemperaturschwingungen US- Wellen, die durch leistungsstarke US-Generatoren erzeugt werden, in ihren Intensitäten mit Hilfe von Wärmestrom­ messern so geregelt werden, daß sich an der Hautoberflä­ che gleich hohe positive Wärmestromamplituden einstellen.13. The method according to claim 1, characterized in that for generating surface temperature vibrations US Waves generated by powerful US generators in their intensities with the help of heat flow knives are regulated so that the skin surface set equally high positive heat flow amplitudes. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe von US-Generatoren an der Hautoberfläche erzeugte, nahezu periodische Temperaturwelle gleich hohe, positive und negative Temperaturamplituden - gemessen als Differenz zur mittleren Hauttemperatur neben dem Tumor - aufweist und daß die Konstanz der Temperaturamplituden durch Regelung der elektrischen Leistung des US-Senders mit Hilfe der an der Hautoberfläche gemessenen Oberflä­ chentemperatur erfolgt und die Abkühlung durch Wärmeab­ leitung, d. h. durch Abkühlung an die Raumluft des Ver­ suchsraumes gegeben ist.14. The method according to claim 1, characterized in that that with the help of US generators on the skin surface generated, almost periodic temperature wave of equal height, positive and negative temperature amplitudes - measured as Difference to the mean skin temperature next to the tumor - and that the constancy of the temperature amplitudes by regulating the electrical power of the US transmitter with the help of the surface measured on the skin surface temperature and cooling by heat  management, d. H. by cooling to the ambient air of the Ver search space is given. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mikro-Kurz- oder Dezimeterwellen zur Erzeugung der Ober­ flächentemperaturschwingung verwendet werden, wobei die Generatoren in zeitgleichen Abständen ein- und ausge­ schaltet werden, bzw. mit Funktionsgeneratoren aufmodu­ liert werden.15. The method according to claim 1, characterized in that Micro short or decimeter waves to generate the upper surface temperature vibration are used, the Generators on and off at the same time be switched on or with function generators be lated. 16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mikro- oder Kurz- oder Dezimeterwellen zur periodischen Erwärmung der Hautoberfläche verwendet werden, wobei die elektrische Leistung der Sender mit Hilfe von Wärmestrom­ messern an der Hautoberfläche - fernab vom Tumor - so ge­ regelt werden, daß sie gleich hohe, konstante Wärme­ stromamplituden erzeugen.16. The method according to claim 1, characterized in that Micro or short or decimeter waves for periodic Heating the skin surface can be used, the electrical power of the transmitters with the help of heat flow knives on the skin surface - far from the tumor - so called be regulated that they have the same high, constant heat generate current amplitudes. 17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe von Mikro-, Kurz- oder Dezimeterwellengene­ ratoren erzeugten nahezu periodischen Temperaturwellen, mit gleich hohen positiven und negativen Temperaturampli­ tuden - gemessen als Abweichungen gegen die mittlere Hauttemperatur - fernab vom Tumor - so erzeugt werden, daß die Intensität der Mikro-, Kurz- oder Dezimeterwel­ lengeneratoren durch Regelung ihrer elektrischen Leistung mit Hilfe der fernab vom Tumor gemessenen Oberflächentem­ peratur erfolgt und in der Abschaltphase eine Abkühlung an die Außenluft erfolgt.17. The method according to claim 1, characterized in that with the help of micro, short or decimeter wave genes rators generated almost periodic temperature waves, with equally high positive and negative temperature ampli tuden - measured as deviations from the mean Skin temperature - far from the tumor - so generated that the intensity of the micro, short or decimeter world lengenerators by regulating their electrical power with the help of the surface temperature measured far from the tumor temperature takes place and in the switch-off phase cooling to the outside air.
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