RU2407429C2 - Antenna-applicator and device for determining temperature changes of internal tissues of biological object and methods of determining temperature changes and cancer risk detection - Google Patents
Antenna-applicator and device for determining temperature changes of internal tissues of biological object and methods of determining temperature changes and cancer risk detection Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407429C2 RU2407429C2 RU2008151958/14A RU2008151958A RU2407429C2 RU 2407429 C2 RU2407429 C2 RU 2407429C2 RU 2008151958/14 A RU2008151958/14 A RU 2008151958/14A RU 2008151958 A RU2008151958 A RU 2008151958A RU 2407429 C2 RU2407429 C2 RU 2407429C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- internal tissues
- skin
- antenna
- tissues
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/0002—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network
- A61B5/0004—Remote monitoring of patients using telemetry, e.g. transmission of vital signals via a communication network characterised by the type of physiological signal transmitted
- A61B5/0008—Temperature signals
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области медицины и медицинской техники, а именно к методу радиотермографии, основанному на неинвазивном выявлении температурных изменений и тепловых аномалий внутренних тканей биологических объектов путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения.The invention relates to the field of medicine and medical technology, in particular to a radiothermography method based on non-invasive detection of temperature changes and thermal anomalies of the internal tissues of biological objects by measuring the intensity of their own electromagnetic radiation.
Изобретение может быть использовано в медицинской аппаратуре для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей, мониторинга за ее состоянием, выявления температурных изменений и тепловых аномалий внутренних тканей, в диагностических комплексах для ранней диагностики онкологических заболеваний и других патологий внутренних органов для выявления высокого риска рака, в частности для ранней диагностики рака молочной железы.The invention can be used in medical equipment for non-invasive measurement of the temperature of internal tissues, monitoring its condition, detecting temperature changes and thermal abnormalities of internal tissues, in diagnostic complexes for early diagnosis of cancer and other pathologies of internal organs to detect a high risk of cancer, in particular for early diagnosis of breast cancer.
Уровень техникиState of the art
Одной из важных задач современной медицины является разработка методов и приборов для неинвазивного выявления температурных аномалий внутренних тканей и ранней диагностики заболеваний внутренних органов.One of the important tasks of modern medicine is the development of methods and devices for non-invasive detection of temperature anomalies of internal tissues and early diagnosis of diseases of internal organs.
В настоящее время для этих целей используется метод радиотермометрии, позволяющий, неинвазивно измерять яркостную температуру тканей человека путем измерения интенсивности их собственного электромагнитного излучения. Известно, что если прислонить микроволновую антенну к поверхности тела, то мощность СВЧ сигнала на выходе антенны будет прямо пропорционален усредненной температуре в объеме под антенной. Эту усредненную температуру обычно называют яркостной температурой, или радиометрической температурой. Таким образом, измеряя интенсивность сигнала на выходе антенны можно неинвазивно выявлять аномалии яркостной температуры. Поскольку яркостная температура представляет собой усредненную температуру под антенной, то, опираясь на данные о характере изменения яркостной температуры, можно судить о характере изменения температуры внутренних тканей. Такой подход широко применялся для неинвазивного выявления тепловых аномалий внутренних тканей с использованием одночастотного микроволнового радиотермометра.Currently, for these purposes, the method of radiothermometry is used, which allows, non-invasively, measuring the brightness temperature of human tissues by measuring the intensity of their own electromagnetic radiation. It is known that if you lean the microwave antenna against the surface of the body, then the power of the microwave signal at the output of the antenna will be directly proportional to the average temperature in the volume under the antenna. This averaged temperature is usually called the luminance temperature, or radiometric temperature. Thus, by measuring the signal intensity at the antenna output, anomalies in brightness temperature can be detected non-invasively. Since the brightness temperature is the average temperature under the antenna, then, based on the data on the nature of the change in brightness temperature, we can judge the nature of the change in temperature of internal tissues. This approach has been widely used for non-invasive detection of thermal anomalies of internal tissues using a single-frequency microwave radiothermometer.
Очевидный недостаток такого подхода состоит в том, что яркостная температура определяется не только температурой внутренних тканей, но и температурой кожи. Причем кожная температура вносит огромный вклад в яркостную температуру. В частности, в 10-сантиметровом диапазоне вклад кожной температуры в яркостную температуру составляет 30-50 процентов в зависимости от конструкции антенны, частотного диапазона и свойств тканей. Таким образом, выявляя аномалии яркостной температуры, нельзя быть уверенным, что они связаны именно с изменением температуры внутренних тканей, а во многих приложениях требуется определить характер изменения именно внутренней температуры.An obvious drawback of this approach is that the brightness temperature is determined not only by the temperature of the internal tissues, but also by the temperature of the skin. Moreover, skin temperature makes a huge contribution to the brightness temperature. In particular, in the 10-centimeter range, the contribution of skin temperature to the brightness temperature is 30-50 percent, depending on the antenna design, frequency range and tissue properties. Thus, revealing the brightness temperature anomalies, one cannot be sure that they are associated precisely with a change in the temperature of internal tissues, and in many applications it is necessary to determine the nature of a change in the internal temperature.
Наиболее наглядно этот недостаток при оценке изменения температуры внутренних тканей с помощью измерения яркостной температуры проявляется при температурном мониторинге внутренних тканей с помощью одночастотного радиометра. Контактная антенна-аппликатор, которая используется в микроволновом радиотермометре для приема микроволнового сигнала, оказывает сильное влияние на температуру кожи в исследуемой точке, что, безусловно, сказывается на яркостной температуре, и она начинает сильно меняться, хотя реальная температура внутренних тканей практически не меняется.This drawback is most clearly seen when assessing changes in the temperature of internal tissues by measuring brightness temperature when temperature monitoring of internal tissues is performed using a single-frequency radiometer. The contact antenna applicator, which is used in the microwave radiometer to receive the microwave signal, has a strong effect on the skin temperature at the point under study, which, of course, affects the brightness temperature, and it begins to change significantly, although the actual temperature of the internal tissues practically does not change.
Для того чтобы оценить характер изменения температуры по глубине, обычно применяют многочастотные микроволновые радиотермометры. Если измерить яркостную температуру на нескольких частотах, то опираясь на эти результаты можно оценить характер изменения по глубине. В J.W.Hand, G.M. J. Van Leeuwen, S.Mizushina, J.B.Van de Kamer, K.Maruyama, T.Sugiura, D.V.Azzopardi, A.D.Edwards, "Monitoring of deep brain temperature in infants using multi-frequency microwave radiometry and thermal modelling", Phys Med. Biol. (2001), pp.1885-1903 описан микроволновый радиотермометр, который состоит из 5 одночастотных микроволновых радиометров, принимающих сигнал в полосе 500 МГц. Центральная частота самого верхнего канала была равно 8 ГГц, а нижнего канала - 1,3 ГГц. Далее, анализируя 5 значений яркостной температуры на 5 частотах, в работе предложен алгоритм восстановления температуры внутри головного мозга. Недостатком такого подхода является, с одной стороны, сложность аппаратуры, так как один пятиканальный радиометр состоит из 5 одночастотных радиометров. Вторым недостатком многочастотного прибора является его слабая помехозащищенность. Для работы в диапазоне 1,3 ГГц необходима специальная экранировка помещений, что в подавляющем большинстве медицинских учреждений не существует.In order to evaluate the nature of the temperature change in depth, multifrequency microwave radio thermometers are usually used. If we measure the brightness temperature at several frequencies, then based on these results, we can evaluate the nature of the change in depth. In J.W. Hand, G. M. J. Van Leeuwen, S. Mizushina, J.B. Van de Kamer, K. Maruyama, T.Sugiura, D.V. Azzopardi, A.D. Edwards, "Monitoring of deep brain temperature in infants using multi-frequency microwave radiometry and thermal modeling", Phys Med. Biol. (2001), pp. 1885-1903 describes a microwave radio thermometer, which consists of 5 single-frequency microwave radiometers receiving a signal in the 500 MHz band. The center frequency of the highest channel was 8 GHz, and the lower channel - 1.3 GHz. Further, analyzing 5 values of brightness temperature at 5 frequencies, an algorithm for restoring the temperature inside the brain is proposed in the work. The disadvantage of this approach is, on the one hand, the complexity of the equipment, since one five-channel radiometer consists of 5 single-frequency radiometers. The second disadvantage of a multi-frequency device is its low noise immunity. To work in the 1.3 GHz band, special shielding of the premises is necessary, which in the vast majority of medical institutions does not exist.
Вместе с тем, если в одной точке, одновременно измерить яркостную температуру и температуру кожи, то вычитая из яркостной температуры вклад кожных слоев, можно определить температуру внутренних тканей. Но для этого необходимо в той же точке одновременно измерить и температуру кожи. Во многих случаях помимо выявления температурных аномалий внутренних тканей необходимо также измерять кожную температуру в тех же точках.At the same time, if at one point, the brightness temperature and skin temperature are simultaneously measured, then subtracting the contribution of the skin layers from the brightness temperature, the temperature of the internal tissues can be determined. But for this it is necessary at the same point to simultaneously measure the skin temperature. In many cases, in addition to detecting temperature abnormalities of internal tissues, it is also necessary to measure skin temperature at the same points.
В работе A.H.Barrett & Ph. С.Myers, "Subcutaneous Temperature: A method of Noninvasive Sensing", Science, Nov.14, 1975, vol.190, pp.669-671, описан способ неинвазивного выявления у биологического объекта риска рака и показано, что при использованием одночастотного радиотермометра чувствительность диагностики рака молочной железы составляет 74%. Таким образом, число ложноположительных результатов составляет 26%.In A.H. Barrett & Ph. C. Myers, "Subcutaneous Temperature: A method of Noninvasive Sensing", Science, Nov. 14, 1975, vol. 190, pp. 669-671, describes a method for non-invasively detecting a cancer risk in a biological subject and shows that using a single-frequency radiometer breast cancer diagnostic sensitivity is 74%. Thus, the number of false positive results is 26%.
Если дополнительно к измерению внутренней температуры с помощью микроволнового радиометра измерять температуру кожи с помощью датчика температуры, то можно в несколько раз снизить число ложноотрицательных результатов, доведя их до 10%, что сопоставимо с результатами маммографии.If, in addition to measuring the internal temperature using a microwave radiometer, measuring the skin temperature using a temperature sensor, it is possible to reduce the number of false-negative results by several times, bringing them to 10%, which is comparable with the results of mammography.
Известно использование для диагностики рака молочной железы оснащенного компьютером диагностического комплекса РТМ-01-РЭС (Бурдина Л.М. и др., Радиотермометрия в алгоритме комплексного обследования молочных желез, Современная онкология, том 6, №1, 2005 г.), который включает в себя датчик внутренней температуры и выполненный в виде отдельного блока датчик температуры кожи, средства визуализации, обработки и оценки полученной информации.It is known to use for diagnosis of breast cancer a computer-equipped diagnostic complex RTM-01-RES (Burdina L.M. et al., Radiometry in the algorithm for a comprehensive examination of the mammary glands, Modern Oncology,
Способ, который реализуется в диагностическом комплексе РТМ-01-РЭС и который может быть рассмотрен в качестве наиболее близкого аналога способов согласно заявленному изобретению, включает измерение сначала яркостной температуры в 22 точках молочной железы с помощью одночастотного микроволнового радиотермометра, а затем измерение температуры кожи в тех же самых 22 точках молочной железы с помощью отдельного инфракрасного датчика температуры. Опираясь на эти измерения, затем производится анализ полученных результатов, на основании которого делается заключение о патологических отклонениях.The method, which is implemented in the diagnostic complex RTM-01-RES and which can be considered as the closest analogue of the methods according to the claimed invention, involves first measuring the brightness temperature at 22 points of the mammary gland using a single-frequency microwave radio thermometer, and then measuring the skin temperature in those the same 22 points of the mammary gland using a separate infrared temperature sensor. Based on these measurements, then an analysis of the results is performed, on the basis of which a conclusion is made about pathological deviations.
Этот способ имеет несколько недостатков. Во-первых, последовательное измерение яркостной температуры, а затем измерение температуры кожи, выполненным в виде отдельного блока датчика, достаточно трудоемко и требует значительно больше времени, чем только одно измерение. Во-вторых, без специальной маркировки очень сложно обеспечить условие, чтобы яркостная температура и температура кожи измерялась в одних и тех же точках. Маркировка молочной железы красящими веществами не всегда приветствуются пациентками. В-третьих, измерение яркостной температуры в 22 точках молочной железы занимает около 10 минут, за это время кожа молочной железы охлаждается, т.е. яркостная температура и температура кожи измеряются в разное время.This method has several disadvantages. Firstly, the sequential measurement of the brightness temperature, and then the measurement of the skin temperature, made in the form of a separate sensor unit, is quite laborious and requires significantly more time than just one measurement. Secondly, without special marking it is very difficult to ensure that the brightness temperature and skin temperature are measured at the same points. Labeling of the mammary gland with coloring matter is not always welcomed by patients. Thirdly, measuring the brightness temperature at 22 points of the mammary gland takes about 10 minutes, during which time the skin of the mammary gland cools, i.e. brightness temperature and skin temperature are measured at different times.
Очевидно, что желательно одновременно измерять яркостную температуру и температуру кожи в одной и той же точке. Но для измерения яркостной температуры антенна-аппликатор должна плотно контактировать с поверхностью кожи, при этом известно, что в апертуре антенны нельзя размещать произвольным образом какие-либо дополнительные элементы, так как элемент, помещенный в апертуру антенны и поглощающий электромагнитные волны, будет влиять на измеряемую температуру, на коэффициент отражения антенны и на диаграмму направленности.Obviously, it is desirable to simultaneously measure the brightness temperature and skin temperature at the same point. But to measure the brightness temperature, the applicator antenna must be in close contact with the skin surface, while it is known that no additional elements can be arbitrarily placed in the antenna aperture, since an element placed in the antenna aperture and absorbing electromagnetic waves will affect the measured temperature, the reflectance of the antenna and the radiation pattern.
Наиболее широко в радиотермометрии используются контактные волноводные антенны-аппликаторы в виде прямоугольного волновода открытого с одного конца, контактирующего с пациентом. Например, в способе обнаружения опухолей молочной железы по патенту США №5779635 (К.Carr) используется матрица из нескольких антенн, включающих систему приема электромагнитного излучения, размещенную в частично заполненном диэлектриком прямоугольном волноводе, имеющем один закрытый конец и другой открытый, обращенный к пациенту, конец.The most widely used in radiothermometry are contact waveguide applicators in the form of a rectangular waveguide open at one end in contact with the patient. For example, in the method of detecting breast tumors according to US patent No. 5779635 (K. Carr), a matrix of several antennas is used, including an electromagnetic radiation receiving system, located in a rectangular waveguide partially filled with a dielectric, having one closed end and the other open facing the patient, end.
В многочастотной радиотермометрии используется антенна-аппликатор, имеющая открытый с одного конца прямоугольный волновод, заполненный диэлектриком, и размещенную в волноводе систему возбуждения электромагнитных волн, соединенную с входной частью радиотермометра (J.W.Hand, G.M. J.Van Leeuwen, S.Mizushina, J.B.Van de Kamer, K.Maruyama, T.Sugiura, D.V.Azzopardi, A.D.Edwards, "Monitoring of deep brain temperature in infants using multi-frequency microwave radiometry and thermal modelling", PhysMed. Biol. 2001), pp.1885-1903).In multi-frequency radiothermometry, an applicator antenna is used that has a rectangular waveguide open at one end, filled with a dielectric, and an electromagnetic wave excitation system located in the waveguide and connected to the input of the radiothermometer (JWHand, GMJVan Leeuwen, S. Mizushina, JBVan de Kamer, K. Maruyama, T. Sugiura, DVAzzopardi, ADEdwards, "Monitoring of deep brain temperature in infants using multi-frequency microwave radiometry and thermal modeling", PhysMed. Biol. 2001), pp. 1885-1903).
Наиболее близким аналогом заявленной антенны-аппликатора является разработанная автором настоящего изобретения антенна-аппликатор для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта по патенту РФ 2306099, опубл. 20.09.2007 г., содержащая закрытый с одного конца отрезок волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, диэлектрическую пластину, расположенную на противоположном конце отрезка волновода, контактирующую с биологическим объектом, причем между диэлектрической пластиной и диэлектриком, заполняющим волновод, имеется зазор, заполненный воздухом или другим диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью и низкой диэлектрической проницаемостью, систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную в волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную с входной частью радиотермометра. Эта антенна обладает очень хорошими параметрами, но она также не позволяет одновременно измерять яркостную температуру и температуру кожи.The closest analogue of the claimed antenna applicator is the antenna applicator developed by the author of the present invention for non-invasively measuring the temperature of the internal tissues of a biological object according to RF patent 2306099, publ. September 20, 2007, containing a segment of the waveguide closed at one end, partially or completely filled with a dielectric, a dielectric plate located at the opposite end of the waveguide segment in contact with a biological object, and there is a gap filled with air between the dielectric plate and the dielectric filling the waveguide or other dielectric material with low thermal conductivity and low dielectric constant, an electromagnetic wave excitation system located in the waveguide between rytym end of the dielectric waveguide and connected to the inlet portion radiometer. This antenna has very good parameters, but it also does not allow to simultaneously measure the brightness temperature and skin temperature.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задачей изобретения является создание антенны-аппликатора, обеспечивающей одновременное измерение и яркостной температуры, и температуры кожи в одной и той же точке биологического объекта, и устройства для определения температурных изменений внутренних тканей, а также способов определения температурных изменений внутренних тканей и методов выявления пациентов группы риска рака, в частности риска рака молочной железы, с использованием предложенных устройств.The objective of the invention is to provide an antenna applicator that provides simultaneous measurement of brightness temperature and skin temperature at the same point in a biological object, and a device for determining temperature changes in internal tissues, as well as methods for determining temperature changes in internal tissues and methods for identifying patients at risk cancer, in particular the risk of breast cancer, using the proposed devices.
Решение указанной задачи обеспечивает возможность выявления температурных изменений именно внутренних тканей, возможность мониторинга температурных изменений внутренних тканей, повышает чувствительность метода при выявлении высокого риска рака, упрощает процесс измерения, снижает число ложноотрицательных результатов и сокращает время диагностики. Конструкция предложенной антенны-аппликатора также обеспечивает повышение ее помехозащищенности.The solution of this problem provides the ability to detect temperature changes in internal tissues, the ability to monitor temperature changes in internal tissues, increases the sensitivity of the method when a high risk of cancer is detected, simplifies the measurement process, reduces the number of false negative results and reduces the time of diagnosis. The design of the proposed antenna applicator also provides increased noise immunity.
Одним объектом заявленного изобретения является антенна-аппликатор для определения температурных изменений внутренних тканей биологического объекта путем одновременного неинвазивного измерения яркостной температуры и температуры кожи биологического объекта, содержащая:One object of the claimed invention is an antenna applicator for determining temperature changes in the internal tissues of a biological object by simultaneously non-invasively measuring the brightness temperature and skin temperature of a biological object, containing:
отрезок волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, имеющий один закрытый конец и противоположный открытый конец, контактирующий с биологическим объектом,a waveguide segment partially or completely filled with a dielectric having one closed end and an opposite open end in contact with a biological object,
систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную в волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную с входной частью микроволнового радиотермометра,an electromagnetic wave excitation system located in the waveguide between the closed end of the waveguide and the dielectric, connected to the input part of the microwave radiometer,
датчик температуры кожи, расположенный у открытого конца волновода, выполненный с возможностью передачи информации на вычислительное устройство.a skin temperature sensor located at the open end of the waveguide, configured to transmit information to a computing device.
Датчик температуры кожи антенны-аппликатора может быть соединен с вычислительным устройством проводниками, расположенными ортогонально вектору электрического поля антенны-аппликатора.The skin temperature sensor of the antenna applicator can be connected to the computing device by conductors located orthogonal to the electric field vector of the antenna applicator.
В качестве датчика температуры антенна-аппликатор может содержать контактный экранированный датчик температуры, расположенный на открытом конце волновода, контактирующем с биологическим объектом, или инфракрасный экранированный датчик температуры кожи, расположенный внутри отрезка волновода на расстоянии от открытого конца волновода с зазором между инфракрасным датчиком температуры и биологическим объектом.As a temperature sensor, the applicator antenna may include a contact shielded temperature sensor located at the open end of the waveguide in contact with the biological object, or an infrared shielded skin temperature sensor located inside the length of the waveguide at a distance from the open end of the waveguide with a gap between the infrared temperature sensor and the biological object.
Антенна-аппликатор может дополнительно содержать разделительный фильтр нижних частот на выходе датчика температуры кожи.The applicator antenna may further comprise a low pass filter at the output of the skin temperature sensor.
Антенна-аппликатор может быть дополнительно снабжена металлизированным фланцем, расположенным на расстоянии от открытого конца волновода.The applicator antenna may be further provided with a metallized flange located at a distance from the open end of the waveguide.
Антенна-аппликатор может содержать диэлектрическую пластину, частично или полностью выполненную из материала, пропускающего волны ближнего инфракрасного диапазона, расположенную на открытом конце отрезка волновода, причем между диэлектрической пластиной и диэлектриком, заполняющим волновод, имеется зазор, заполненный воздухом или другим диэлектрическим материалом с низкой теплопроводностью, низкой диэлектрической проницаемостью и пропускающим волны инфракрасного диапазона.The applicator antenna may comprise a dielectric plate partially or completely made of a material transmitting near infrared waves located at the open end of a waveguide segment, and there is a gap between the dielectric plate and the dielectric filling the waveguide filled with air or other dielectric material with low thermal conductivity , low dielectric constant and infrared transmitting waves.
Антенна-аппликатор может быть снабжена системой подогрева.The applicator antenna may be equipped with a heating system.
Антенна-аппликатор может быть выполнена в виде одного или нескольких последовательно соединенных отрезков волновода, например круглого волновода, имеющих разное поперечное сечение.The antenna applicator can be made in the form of one or more series-connected segments of the waveguide, for example a circular waveguide having a different cross section.
Кроме того, антенна-аппликатор может содержать один или несколько последовательно соединенных отрезков внутреннего волновода и расположенных снаружи от внутреннего волновода одного или нескольких отрезков внешнего волновода, причем зазор между отрезками внутреннего и внешнего волноводов частично или полностью заполнен диэлектриком.In addition, the applicator antenna may contain one or more series-connected segments of the internal waveguide and located outside of the internal waveguide of one or more segments of the external waveguide, the gap between the segments of the internal and external waveguides partially or completely filled with a dielectric.
На диэлектрик со стороны открытого конца волновода путем металлизации может быть нанесен согласующий элемент, обеспечивающий использование антенны-аппликатора для тканей с различной диэлектрической проницаемостью.A matching element can be applied to the dielectric from the open end of the waveguide by metallization, which ensures the use of an antenna applicator for tissues with different dielectric constants.
Антенна-аппликатор может быть дополнительно снабжена датчиком температуры, измеряющим температуру антенны-аппликатора и передающим информацию на вычислительное устройство и/или датчиком для измерения температуры датчика температуры кожи, расположенным на корпусе датчика температуры кожи, измеряющим температуру корпуса датчика и передающим информацию на вычислительное устройство.The applicator antenna may be further provided with a temperature sensor measuring the temperature of the applicator antenna and transmitting information to the computing device and / or a sensor for measuring the temperature of the skin temperature sensor located on the skin temperature sensor body, measuring the temperature of the sensor body and transmitting information to the computing device.
Другим объектом данного изобретения является устройство для определения температурных изменений внутренних тканей биологического объекта, включающее:Another object of this invention is a device for determining temperature changes in the internal tissues of a biological object, including:
антенну-аппликатор, содержащую:an applicator antenna comprising:
отрезок волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, имеющий один закрытый конец и противоположный открытый конец, контактирующий с биологическим объектом,a waveguide segment partially or completely filled with a dielectric having one closed end and an opposite open end in contact with a biological object,
систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную в волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную с входной частью микроволнового радиотермометра,an electromagnetic wave excitation system located in the waveguide between the closed end of the waveguide and the dielectric, connected to the input part of the microwave radiometer,
датчик температуры кожи, расположенный у открытого конца волновода, выполненный с возможностью передачи информации на вычислительное устройство;a skin temperature sensor located at the open end of the waveguide, configured to transmit information to a computing device;
микроволновый радиотермометр, измеряющий интенсивность сигнала, поступающего с выхода антенны, который пропорционален яркостной температуре тканей биологического объекта; иmicrowave radio thermometer, measuring the intensity of the signal coming from the output of the antenna, which is proportional to the brightness temperature of the tissues of the biological object; and
вычислительное устройство, выполненное с возможностью приема информации от датчика температуры кожи и от микроволнового радиотермометра и определения изменения температуры внутренних тканей.a computing device configured to receive information from a skin temperature sensor and from a microwave radio thermometer and detect changes in the temperature of internal tissues.
В устройстве может быть использован любой из приведенных выше вариантов выполнения антенны-аппликатора.The device may use any of the above embodiments of the antenna applicator.
Устройство может содержать средство визуализации и отображения.The device may include a means of visualization and display.
Способ определения температурных изменений внутренних тканей согласно изобретению включает:A method for determining temperature changes in internal tissues according to the invention includes:
одновременное измерение яркостной температуры и температуры кожи в первой точке биологического объекта,simultaneous measurement of brightness temperature and skin temperature at the first point of a biological object,
определение температуры внутренних тканей в первой точке по следующей формуле:determination of the temperature of internal tissues at the first point according to the following formula:
, где where
Tint1 - температура внутренних тканей в первой точке,T int1 is the temperature of the internal tissues at the first point,
Tbr1 - яркостная температура в первой точке,T br1 - brightness temperature at the first point,
Tsk1 - температура кожи в первой точке,T sk1 - skin temperature at the first point,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
одновременное измерение яркостной температуры и температуры кожи во второй точке биологического объекта,simultaneous measurement of brightness temperature and skin temperature at the second point of a biological object,
определение температуры внутренних тканей во второй точке по следующей формуле:determination of the temperature of internal tissues at the second point according to the following formula:
, где where
Tint2 - температура внутренних тканей во второй точке,T int2 is the temperature of the internal tissues at the second point,
Tbr1 - яркостная температура во второй точке,T br1 - brightness temperature at the second point,
Tsk2 -температура кожи во второй точке,T sk2 is the skin temperature at the second point,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
оценку изменения температуры внутренних тканей по формуле:assessment of changes in the temperature of internal tissues by the formula:
. .
При этом согласно изобретению может быть также реализован способ определения температурных изменений внутренних тканей во времени, включающий:Moreover, according to the invention, a method for determining temperature changes in internal tissues over time can also be implemented, including:
одновременное измерение яркостной температуры и температуры кожи в заданной точке биологического объекта в первый момент времени,simultaneous measurement of brightness temperature and skin temperature at a given point of a biological object at the first moment of time,
определение температуры внутренних тканей в первый момент времени по следующей формуле:determination of the temperature of internal tissues at the first moment of time according to the following formula:
, где where
Tint t1 - температура внутренних тканей в первой момент времени,T int t1 is the temperature of the internal tissues at the first time,
Tbr t1 - яркостная температура в первый момент времени,T br t1 - brightness temperature at the first moment of time,
Tskt1 - температура кожи в первый момент времени,T skt1 - skin temperature at the first moment of time,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
одновременное измерение яркостной температуры и температуры кожи в той же точке биологического объекта в последующий второй момент времени,simultaneous measurement of brightness temperature and skin temperature at the same point of a biological object in the subsequent second moment of time,
определение температуры внутренних тканей во второй момент времени по следующей формуле:determination of the temperature of internal tissues at the second point in time according to the following formula:
, где where
Tintt2 - температура внутренних тканей во второй момент времени,T intt2 is the temperature of the internal tissues at the second instant of time,
Tbrt2 - яркостная температура во второй момент времени,T brt2 - brightness temperature at the second moment of time,
Tskt2 - температура кожи во второй момент времени,T skt2 - skin temperature at the second point in time,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
оценку изменения температуры внутренних тканей во времени по следующей формуле:an estimate of the temperature change of internal tissues over time using the following formula:
. .
Изобретение может быть использовано в способе выявления у биологического объекта высокого риска рака, включающем:The invention can be used in a method for identifying a high risk of cancer in a biological subject, including:
одновременное измерение яркостной температуры биологического объекта и температуры кожи биологического объекта в, по меньшей мере, одной опорной точке,simultaneous measurement of the brightness temperature of the biological object and the skin temperature of the biological object in at least one reference point,
одновременное измерение яркостной температуры биологического объекта и температуры кожи биологического объекта в заданных точках,simultaneous measurement of the brightness temperature of a biological object and the skin temperature of a biological object at specified points,
определение температуры внутренних тканей в опорной и заданных точках по следующей формуле:determination of the temperature of internal tissues at reference and given points according to the following formula:
, где where
Tint - температура внутренних тканей в опорной точке Tonint или в заданной точке Tiint соответственно,T int - the temperature of the internal tissues at the reference point T on int or at a given point T i int, respectively,
Tbr - яркостная температура в опорной или заданной точке,T br - brightness temperature at the reference or set point,
Tsk - температура кожи в опорной или заданной точке,T sk - skin temperature at a reference or a given point,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
определение уровня тепловой активности тканей D, характеризующего тепловые изменения в тканях биологического объекта, согласно выражению:determination of the level of thermal activity of tissues D, characterizing thermal changes in the tissues of a biological object, according to the expression:
, где where
D - уровень тепловой активности тканей,D is the level of thermal activity of tissues,
С1 - весовой коэффициент, являющийся безразмерным постоянным множителем. На практике С1 часто равен 1, и формула будет иметь следующий вид:C1 is the weight coefficient, which is a dimensionless constant factor. In practice, C1 is often equal to 1, and the formula will have the following form:
, где ΔTi - повышение температуры внутренних тканей в заданных точках измерения по сравнению с температурой внутренних тканей в опорной точке, определяемое по следующей формуле: where ΔT i is the increase in the temperature of internal tissues at given measurement points compared to the temperature of internal tissues at a reference point, determined by the following formula:
, где where
Tiint - температура внутренних тканей в i-той заданной точке,T i int - the temperature of the internal tissues at the i-th given point,
Tonint - температура внутренних тканей в опорной точке,T on int is the temperature of the internal tissues at the reference point,
Tisk - температура кожи в i-той заданной точке,T i sk - skin temperature at the i-th given point,
Tonsk - температура кожи в опорной точке,T on sk - skin temperature at the reference point,
СС2 - весовой коэффициент, характеризующий вес температуры кожи по сравнению с температурой внутренних тканей. В большинстве случаев этот коэффициент принимают равным 1, и при СС2, равном 1, математическая формула для вычисления ΔTi будет иметь следующий вид:CC2 is a weight coefficient that characterizes the weight of skin temperature compared to the temperature of internal tissues. In most cases, this coefficient is taken equal to 1, and with CC2 equal to 1, the mathematical formula for calculating ΔTi will have the following form:
, ,
определение параметра W, характеризующего риск рака на основе уровня тепловой активности тканей D и соотношения между температурой внутренних тканей и температурой кожи, согласно выражениюdetermination of the parameter W, which characterizes the risk of cancer based on the level of thermal activity of tissues D and the relationship between the temperature of internal tissues and skin temperature, according to the expression
, где where
W - параметр, характеризующий риск рака,W is a parameter characterizing the risk of cancer,
D - уровень тепловой активности тканей,D is the level of thermal activity of tissues,
LL - параметр, характеризующий разницу между температурой внутренних тканей и температурой кожи биологического объекта, равныйLL is a parameter characterizing the difference between the temperature of internal tissues and the skin temperature of a biological object, equal to
и LD - параметр, характеризующий дисперсию разницы между температурой внутренних тканей и температурой кожи биологического объекта, равныйand LD is a parameter characterizing the variance of the difference between the temperature of internal tissues and the skin temperature of a biological object, equal to
где U и UB - безразмерные коэффициенты, определяемые экспериментально, для приведенных примеров численное значение параметра U выбирается в диапазоне от 0.5 до 0.7, а численное значение параметра UB выбирается в диапазоне от 0.2 до 0.3,where U and UB are dimensionless coefficients determined experimentally, for the given examples, the numerical value of the parameter U is selected in the range from 0.5 to 0.7, and the numerical value of the parameter UB is selected in the range from 0.2 to 0.3,
и определение риска рака путем сравнения параметра W, характеризующего риск рака, с пороговым уровнем риска рака. Для приведенных примеров пороговый уровень риска рака находится в диапазоне от 0.7 до 1, более точное значение можно подобрать таким образом, чтобы на «обучающей выборке» все пациенты с раком имели значение W больше порового уровня, а пациенты, у которых нет рака, ниже порогового уровня.and determining a cancer risk by comparing a cancer risk parameter W with a threshold cancer risk level. For the given examples, the threshold level of cancer risk is in the range from 0.7 to 1, a more accurate value can be chosen so that in the “training sample” all patients with cancer have a W value higher than the threshold level, and patients who do not have cancer are lower than the threshold level.
Для парных органов биологического объекта при определении уровня тепловой активности тканей D дополнительно учитывают значение разницы температур в точках измерения правого и левого парного органа, определяемого по следующей формуле:For paired organs of a biological object, when determining the level of thermal activity of tissues D, the value of the temperature difference at the measurement points of the right and left paired organ, determined by the following formula, is additionally taken into account:
, где where
Tintiправ - температура внутренних тканей в i-той заданной точке правого парного органа,Tint iprav - internal tissue temperature in i-right of the given point pair body,
Tintiлев - температура внутренних тканей в i-той заданной точке левого парного органа,Tint ilev - the temperature of the internal tissues at the i-th given point of the left paired organ,
Tskiправ - температура кожи в i-той заданной точке правого парного органа,Tsk irav - skin temperature at the i-th given point of the right paired organ,
Tskiлев - температура кожи в i-той заданной точке левого парного органа,Tsk ilev - skin temperature at the i-th given point of the left paired organ,
СС3 - безразмерный весовой коэффициент, который характеризует вес температуры кожи Tisk по сравнению с внутренней температурой и обычно принимается равным 1. Емли он равен 1, то формула примет следующий вид:CC3 is a dimensionless weight coefficient that characterizes the weight of the skin temperature T i sk compared to the internal temperature and is usually assumed to be 1. If it is 1, then the formula will take the following form:
и уровень тепловой активности тканей D определяют какand the level of thermal activity of tissues D is defined as
, где where
C1, C2 - весовые коэффициенты, определяющие вклад указанных составляющих, которые также на практике равны 1, в результате чего формула будет иметь следующий вид:C1, C2 - weighting coefficients that determine the contribution of these components, which are also equal to 1 in practice, as a result of which the formula will have the following form:
. .
В частности, изобретение может быть использовано в способе выявления у биологического объекта высокого риска рака молочной железы, включающем:In particular, the invention can be used in a method for detecting a high risk of breast cancer in a biological object, including:
одновременное измерение яркостной температуры биологического объекта и температуры кожи биологического объекта в, по меньшей мере, одной опорной точке,simultaneous measurement of the brightness temperature of the biological object and the skin temperature of the biological object in at least one reference point,
одновременное измерение яркостной температуры молочной железы биологического объекта и температуры кожи молочной железы биологического объекта в заданных точках,simultaneous measurement of the brightness temperature of the breast of a biological object and the skin temperature of the breast of a biological object at specified points,
определение температуры внутренних тканей в опорной и заданных точках молочной железы по следующей формуле:determination of the temperature of internal tissues in the reference and given points of the mammary gland according to the following formula:
, где where
Tint - температура внутренних тканей в опорной или заданной точке молочной железы,T int - the temperature of the internal tissues in the reference or given point of the mammary gland,
Tbr - яркостная температура в опорной или заданной точке молочной железы,T br is the brightness temperature at the reference or predetermined point of the mammary gland,
Tsk - температура кожи в опорной или заданной точке молочной железы,T sk - skin temperature at the reference or given point of the mammary gland,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
определение уровня тепловой активности тканей D, характеризующего тепловые изменения в тканях молочной железы, согласно выражению:determination of the level of thermal activity of tissues D, characterizing thermal changes in breast tissue, according to the expression:
, где where
D - уровень тепловой активности тканей молочной железы,D is the level of thermal activity of breast tissue,
С1, С2 - весовые коэффициенты, определяющие вклад указанных составляющих, которые также на практике равны 1, в результате чего формула будет иметь следующий вид:C1, C2 - weighting factors that determine the contribution of these components, which are also equal to 1 in practice, as a result of which the formula will have the following form:
, ,
ΔTi - повышение температуры внутренних тканей в заданных точках молочной железы по сравнению с температурой в опорной точке, определяемое по следующей формуле:ΔT i is the increase in temperature of internal tissues at predetermined points of the mammary gland compared to the temperature at the reference point, determined by the following formula:
, где where
Tiint- температура внутренних тканей в i-той заданной точке молочной железы,T i int is the temperature of the internal tissues at the i-th given point of the mammary gland,
Tonint - температура внутренних тканей в опорной точке молочной железы,T on int - the temperature of the internal tissues at the reference point of the mammary gland,
Tisk - температура кожи в i-той заданной точке молочной железы,T i sk - skin temperature at the i-th given point of the mammary gland,
Tonsk - температура кожи в опорной точке молочной железы,T on sk - skin temperature at the reference point of the mammary gland,
СС2 - безразмерный весовой коэффициент, характеризующий вклад разности температур кожи в заданных и опорной точке, на практике часто равен 1, и формула буде иметь следующий вид:CC2 is a dimensionless weight coefficient that characterizes the contribution of the difference in skin temperature at a given and reference point, in practice it is often equal to 1, and the formula will have the following form:
, и , and
DTi - значение разницы температур между правой и левой молочной железой в заданных точках, определяемое по следующей формуле:DT i is the value of the temperature difference between the right and left mammary glands at given points, determined by the following formula:
, где where
Tintiправ - температура внутренних тканей в i-той заданной точке правой молочной железы,Tint iprav - internal tissue temperature in i-one predetermined point of the right breast,
Tintiлев - температура внутренних тканей в i-той заданной точке левой молочной железы,Tint ilev - the temperature of the internal tissues at the i-th given point of the left breast,
СС3 - безразмерный весовой коэффициент, характеризующий вес разности температур кожи в заданной точке правой и левой молочной железы, при его равенстве на практике 1, формула примет следующий вид:CC3 is a dimensionless weight coefficient that characterizes the weight of the temperature difference of the skin at a given point of the right and left mammary gland, with its equality in
Tskiправ - температура кожи в i-той заданной точке правой молочной железы,Tsk irav - skin temperature at the i-th given point of the right mammary gland,
Tskiлев - температура кожи в i-той заданной точке левой молочной железы,Tsk ilev - skin temperature at the i-th given point of the left mammary gland,
определение параметра W, характеризующего риск рака на основе уровня тепловой активности тканей D и соотношения между температурой внутренних тканей и температурой кожи молочной железы, согласно выражениюdetermination of the parameter W, characterizing the risk of cancer based on the level of thermal activity of tissues D and the relationship between the temperature of the internal tissues and the temperature of the skin of the breast, according to the expression
, где where
W - параметр, характеризующий риск рака,W is a parameter characterizing the risk of cancer,
D - уровень тепловой активности тканей молочной железы,D is the level of thermal activity of breast tissue,
LL - параметр, характеризующий разницу между температурой внутренних тканей и температурой кожи молочной железы, равныйLL is a parameter characterizing the difference between the temperature of internal tissues and the temperature of the skin of the breast, equal to
и LD - параметр, характеризующий дисперсию разницы между температурой внутренних тканей и температурой кожи молочной железы, равныйand LD is a parameter characterizing the variance of the difference between the temperature of the internal tissues and the temperature of the skin of the breast, equal to
где U и UD - экспериментальные коэффициенты, при этом численное значение параметра U экспериментально выбирается в диапазоне от 0.5 до 0.7, а численное значение параметра UB выбирается в диапазоне от 0.2 до 0.3,where U and UD are the experimental coefficients, while the numerical value of the parameter U is experimentally selected in the range from 0.5 to 0.7, and the numerical value of the parameter UB is selected in the range from 0.2 to 0.3,
и определение риска рака путем сравнения параметра W, характеризующего риск рака, с пороговым уровнем риска рака.and determining a cancer risk by comparing a cancer risk parameter W with a threshold cancer risk level.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.1 представлена антенна-аппликатор, известная из уровня техники.Figure 1 presents the antenna applicator, known from the prior art.
На фиг.2 представлен вариант антенны-аппликатора с контактным экранированным датчиком температуры кожи.Figure 2 shows a variant of the applicator antenna with a contact shielded skin temperature sensor.
На фиг.З представлен вариант антенны-аппликатора с инфракрасным экранированным датчиком температуры кожи.On Fig.3 presents a variant of the antenna applicator with an infrared shielded skin temperature sensor.
На фиг.4 представлена антенна-аппликатор с инфракрасным экранированным датчиком температуры кожи и со скошенным диэлектриком, заполняющим волновод.Figure 4 presents the antenna applicator with an infrared shielded skin temperature sensor and with a beveled dielectric filling the waveguide.
На фиг.5 представлен вариант антенны-аппликатора, с разделительным фильтром нижних частот, для повышения помехозащищенности.Figure 5 presents a variant of the antenna applicator, with a low pass filter, to increase the noise immunity.
На фиг.6 представлена антенна-аппликатор, которая на открытом конце отрезка волновода содержит диэлектрическую пластину, частично или полностью выполненную из материала, пропускающего волны ближнего инфракрасного и микроволнового диапазонов.Figure 6 presents the antenna applicator, which at the open end of a segment of the waveguide contains a dielectric plate, partially or completely made of material that transmits waves of the near infrared and microwave ranges.
На фиг.7 представлена антенна-аппликатор, снабженная фланцем, для повышения помехозащищенности.Figure 7 presents the antenna applicator, equipped with a flange, to increase the noise immunity.
На фиг.8 представлена антенна-аппликатор, которая содержит систему подогрева антенны-аппликатора.On Fig presents the antenna applicator, which contains a heating system for the antenna applicator.
На фиг.9 представлен вариант антенны, которая содержит несколько последовательно соединенных отрезков волновода, имеющих разное поперечное сечение.Figure 9 presents a variant of the antenna, which contains several series-connected segments of the waveguide having different cross-sections.
На фиг.10 представлен вариант антенны-аппликатора, в которой снаружи от внутреннего волновода расположен отрезок внешнего волновода, и зазор между отрезками внутреннего и внешнего волноводов частично заполнен диэлектриком.Figure 10 shows a variant of the applicator antenna, in which a segment of the external waveguide is located outside the internal waveguide, and the gap between the segments of the internal and external waveguides is partially filled with a dielectric.
На фиг.11 представлен вариант антенны-аппликатора и ее поперечное сечение по линии А-А, в которой между системой возбуждения и инфракрасным датчиком включен металлизированный согласующий элемент.11 shows a variant of the applicator antenna and its cross-section along line AA, in which a metallized matching element is connected between the excitation system and the infrared sensor.
На фиг.12 представлен вариант антенны-аппликатора, которая дополнительно снабжена датчиком температуры, измеряющим температуру антенны-аппликатора и передающим информацию на вычислительное устройство.On Fig presents a variant of the antenna applicator, which is additionally equipped with a temperature sensor that measures the temperature of the antenna applicator and transmitting information to the computing device.
На фиг.13 представлен вариант антенны-аппликатора, которая дополнительно снабжена датчиком температуры, расположенным на корпусе датчика температуры кожи, измеряющим температуру корпуса датчика и передающим информацию на вычислительное устройство.On Fig presents a variant of the antenna applicator, which is additionally equipped with a temperature sensor located on the housing of the skin temperature sensor, measuring the temperature of the sensor housing and transmitting information to the computing device.
На фиг.14 представлено схематичное изображение устройства для определения температурных изменений внутренних тканей биологического объекта, содержащего антенну-аппликатор, микроволновый радиотермометр и вычислительное устройство.On Fig presents a schematic representation of a device for determining temperature changes in the internal tissues of a biological object containing an applicator antenna, a microwave radiothermometer and a computing device.
На фиг.15 представлен другой вариант устройства для определения температурных изменений внутренних тканей, содержащего антенну-аппликатор, микроволновый радиотермометр, вычислительное устройство и дополнительно содержащего разделительный фильтр нижних частот на выходе датчика температуры кожи. On Fig presents another variant of the device for determining the temperature changes of internal tissues, containing an antenna applicator, microwave radiometer, a computing device and additionally containing a low pass filter at the output of the skin temperature sensor.
На фиг.16 представлен вариант устройства для определения температурных изменений внутренних тканей, содержащий антенну-аппликатор с системой подогрева.On Fig presents a variant of the device for determining the temperature changes of internal tissues, comprising an antenna applicator with a heating system.
На фиг.17 представлен вариант устройства для определения температурных изменений внутренних тканей, содержащий датчик касания.On Fig presents a variant of the device for determining temperature changes in internal tissues, containing a touch sensor.
На фиг.18 показан результат экспертной системы для Примера 1 клинического применения.On Fig shows the result of the expert system for Example 1 clinical use.
На фиг.19 показан результат экспертной системы для Примера 2 клинического применения.On Fig shows the result of the expert system for Example 2 clinical use.
На фиг.20 показан результата экспертной системы для Примера 3 клинического применения.On Fig shows the result of the expert system for Example 3 clinical use.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
На фиг.1 представлена антенна-аппликатор, известная из уровня техники (согласно патенту РФ 2306099), не содержащая датчика температуры кожи. На фиг.2-13 представлены варианты выполнения антенны-аппликатора согласно изобретению. Электромагнитная энергия микроволнового диапазона от биообъекта (7) через открытый конец волновода (1) поступает в волновод, частично заполненный диэлектриком (8), и далее электромагнитное излучение поступает в систему (2) возбуждения антенны-аппликатора и через коаксиальный кабель - на вход радиотермометра.Figure 1 presents the antenna applicator, known from the prior art (according to the patent of the Russian Federation 2306099), not containing a skin temperature sensor. Figure 2-13 presents embodiments of the antenna applicator according to the invention. The electromagnetic energy of the microwave range from the biological object (7) through the open end of the waveguide (1) enters the waveguide, partially filled with a dielectric (8), and then the electromagnetic radiation enters the excitation system (2) of the antenna-applicator and through the coaxial cable to the input of the radiometer.
На фиг.2 показано общее схематичное изображение заявленной антенны-аппликатора, содержащей отрезок волновода (1), частично заполненный диэлектриком (8), имеющий один закрытый конец и противоположный открытый конец, контактирующий с биологическим объектом (7), систему (2) возбуждения электромагнитных волн, расположенную в волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную проводниками (5) с входной частью микроволнового радиотермометра, и датчик (3) температуры кожи, расположенный у открытого конца волновода.Figure 2 shows a General schematic representation of the claimed antenna applicator containing a segment of the waveguide (1), partially filled with a dielectric (8), having one closed end and opposite open end in contact with the biological object (7), electromagnetic excitation system (2) waves, located in the waveguide between the closed end of the waveguide and the dielectric, connected by conductors (5) to the inlet part of the microwave radiometer, and a skin temperature sensor (3) located at the open end of the waveguide.
Информация с датчика (3) температуры по проводам (6) поступает в вычислительное устройство. Туда же поступает информация о яркостной температуре, измеренной микроволновым радиотермометром. В данном варианте выполнения в качестве датчика температуры использован контактный экранированный датчик температуры кожи, размещенный на поверхности диэлектрика и находящийся в прямом контакте с кожей.Information from the temperature sensor (3) via wires (6) enters the computing device. Information about the brightness temperature measured by a microwave radio thermometer is also received there. In this embodiment, a shielded contact temperature sensor of the skin located on the surface of the dielectric and in direct contact with the skin is used as a temperature sensor.
На фиг.3 представлен вариант антенны-аппликатора с инфракрасным экранированным датчиком температуры кожи. Между инфракрасным датчиком (3) температуры и поверхностью кожи имеется зазор (9). Сигнал инфракрасного диапазона с поверхности биообъекта (7) через открытый конец волновода (1), через воздушный зазор (9), поступает на инфракрасный датчик (3) температуры.Figure 3 presents a variant of the antenna applicator with an infrared shielded skin temperature sensor. There is a gap (9) between the infrared temperature sensor (3) and the skin surface. The infrared signal from the surface of the biological object (7) through the open end of the waveguide (1), through the air gap (9), enters the infrared temperature sensor (3).
Известно, что в апертуре антенны нельзя размещать произвольным образом каких-либо дополнительных элементов, так как элемент, помещенный в апертуру антенны и поглощающий электромагнитные волны, будет влиять на измеряемую температуру. Кроме этого, элементы, расположенные в апертуре влияют на коэффициент отражения антенны и на диаграмму направленности.It is known that in the aperture of the antenna it is impossible to place any additional elements arbitrarily, since an element placed in the aperture of the antenna and absorbing electromagnetic waves will affect the measured temperature. In addition, elements located in the aperture affect the reflection coefficient of the antenna and the radiation pattern.
Вместе с тем, если между системой возбуждения и открытым концом волновода поместить металлизированный экран (10), имеющий только одну открытую поверхность, направленную в сторону биообъекта, то размеры металлического экрана можно подобрать таким образом, чтобы его влияние на измеренную яркостную температуру, на диаграмму направленности и на ее коэффициент отражения было минимальным. Влияние металлизированного экрана на измеренную яркостную температуру будет также минимальным, так как проводимость металла очень высокая.At the same time, if a metallized screen (10) is placed between the excitation system and the open end of the waveguide, having only one open surface directed towards the bioobject, then the dimensions of the metal screen can be selected so that its effect on the measured brightness temperature is on the radiation pattern and its reflection coefficient was minimal. The effect of the metallized screen on the measured brightness temperature will also be minimal, since the conductivity of the metal is very high.
Инфракрасный датчик (3) температуры, размещенный в экране, через открытую поверхность экрана и воздушный зазор (9) может измерять дистанционно и неинвазивно температуру кожи биообъекта (7). Расчетные и экспериментальные данные показывают, что в десятисантиметровом диапазоне длин волн экран диаметром 10 мм, расположенный между системой возбуждения и открытым концом волновода, заполненного диэлектриком, не оказывает отрицательного влияния на параметры антенны, и путем оптимизации размеров экрана и системы возбуждения можно получить низкий коэффициент отражения антенны в широком диапазоне частот.An infrared temperature sensor (3) located in the screen, through the open surface of the screen and the air gap (9), can measure remotely and non-invasively the temperature of the skin of the biological object (7). The calculated and experimental data show that in a ten-centimeter wavelength range a screen with a diameter of 10 mm located between the excitation system and the open end of the waveguide filled with a dielectric does not adversely affect the antenna parameters, and by optimizing the size of the screen and the excitation system, a low reflection coefficient can be obtained antennas in a wide range of frequencies.
Для снижения влияния температуры диэлектрика (8), заполняющего волновод (1), на результаты измерения температуры кожи биообъекта его можно срезать под углом (11), как показано на фиг.4, чтобы меньшая часть диэлектрика попадала в поле зрения инфракрасного датчика. Угол обзора инфракрасного датчика необходимо выбирать таким образом, чтобы диэлектрик, заполняющий волновод, не попадал в поле зрения инфракрасного датчика.To reduce the influence of the temperature of the dielectric (8) filling the waveguide (1) on the results of measuring the skin temperature of a biological object, it can be cut at an angle (11), as shown in Fig. 4, so that a smaller part of the dielectric falls into the field of view of the infrared sensor. The viewing angle of the infrared sensor must be chosen so that the dielectric filling the waveguide does not fall into the field of view of the infrared sensor.
Очевидно, что проводники (6), идущие от датчиков температур (фиг.2-4), находятся в апертуре антенны и в общем случае оказывают сильное влияние на диаграмму направленности антенны и на погрешность измерения яркостной температуры. Но авторами данного изобретения было установлено, что предпочтительно располагать проводники ортогонально вектору электрического поля в волноводе, и в этом случае их влияние будет незначительно, и они не будут оказывать влияние на результаты измерения яркостной температуры.It is obvious that the conductors (6) coming from the temperature sensors (Figs. 2-4) are located in the aperture of the antenna and, in the general case, have a strong influence on the antenna pattern and on the error in measuring the brightness temperature. But the authors of the present invention found that it is preferable to arrange the conductors orthogonally to the electric field vector in the waveguide, in which case their influence will be insignificant, and they will not affect the results of measuring the brightness temperature.
При экранировании контактных датчиков температуры кожи (фиг.2) они также не оказывают влияние на измеряемую яркостную температуру и могут быть использованы для измерения температуры кожи.When shielding contact sensors of skin temperature (figure 2) they also do not affect the measured brightness temperature and can be used to measure skin temperature.
Для того, чтобы проводники не ухудшали помехозащищенность антенны, можно на выходе проводника из волновода поставить разделительные фильтры (12) нижних частот, как показано на фиг.5, не позволяющие СВЧ колебаниям проникать внутрь волновода.In order for the conductors not to impair the noise immunity of the antenna, it is possible to put low-pass separation filters (12) at the output of the conductor from the waveguide, as shown in Fig. 5, which do not allow microwave oscillations to penetrate into the waveguide.
В качестве датчика инфракрасного излучения можно выбрать, например, датчики фирмы PerkinElmer Inc., имеющие диаметр 8 мм и высоту от 5 до 10 мм. Углы обзора этих датчиков варьируются в пределах от 7 до 100 градусов. Информация об измеренной температуре поступает с датчика в виде разности потенциалов на контактах датчика.As an infrared sensor, it is possible to choose, for example, PerkinElmer Inc. sensors having a diameter of 8 mm and a height of 5 to 10 mm. The viewing angles of these sensors range from 7 to 100 degrees. Information about the measured temperature comes from the sensor in the form of a potential difference at the sensor contacts.
В качестве контактного датчика можно использовать датчик температуры, например, фирмы Honeywell International Inc.As a contact sensor, you can use a temperature sensor, for example, Honeywell International Inc.
На фиг.6 представлена антенна-аппликатор, которая на открытом конце отрезка волновода содержит диэлектрическую пластину, частично или полностью выполненную из материала, пропускающего волны ближнего инфракрасного диапазона и микроволнового диапазона, которая защищает датчик измерения температуры кожи и внутреннюю часть антенны от влаги и грязи и упрощает проведение дезинфекции антенны перед измерением.6 shows an applicator antenna, which at the open end of a waveguide segment contains a dielectric plate partially or completely made of material that transmits near-infrared and microwave waves, which protects the skin temperature sensor and the inside of the antenna from moisture and dirt, and simplifies disinfection of the antenna before measurement.
Другой способ повышения помехозащищенности антенны представлен на фиг.7, где представлена антенна-аппликатор, имеющая металлизированный фланец (15), расположенный на расстоянии (16) от открытого конца волновода. Для обеспечения высокой помехозащищенности расстояние от фланца до поверхности кожи должно составлять от 1,5 до 2,5 мм. На фиг 8. представлена антенна-аппликатор, которая содержит систему (17) подогрева антенны-аппликатора, которая позволяет снизить влияние температуры антенны на погрешность измерения температуры кожи. В отсутствие подогрева температура антенны близка к температуре окружающей среды. Во время измерения яркостной температуры антенна-аппликатор контактирует с кожей и оказывает сильное влияние на измеряемую температуру. Следует отметить, что температура антенны также влияет и на погрешность измерения яркостной температуры. Для минимизации этого эффекта антенна-аппликатор подогревается до температуры, близкой к температуре кожи (примерно 33°С), и поддерживается на этом уровне во время измерения. Это позволяет снизить влияние температуры антенны на погрешность измерения температуры кожи и яркостной температуры.Another way to increase the noise immunity of the antenna is shown in Fig. 7, which shows the applicator antenna having a metallized flange (15) located at a distance (16) from the open end of the waveguide. To ensure high noise immunity, the distance from the flange to the skin surface should be from 1.5 to 2.5 mm. Figure 8. presents the antenna applicator, which contains a system (17) for heating the antenna applicator, which allows you to reduce the influence of the temperature of the antenna on the error of measurement of skin temperature. In the absence of heating, the antenna temperature is close to ambient temperature. During the measurement of the brightness temperature, the applicator antenna contacts the skin and has a strong effect on the measured temperature. It should be noted that the antenna temperature also affects the error in measuring the brightness temperature. To minimize this effect, the applicator antenna is heated to a temperature close to skin temperature (approximately 33 ° C), and is maintained at this level during measurement. This allows you to reduce the influence of the antenna temperature on the error in measuring skin temperature and brightness temperature.
На фиг.9 представлена антенна-аппликатор, которая содержит несколько последовательно соединенных отрезков волновода, имеющих разное поперечное сечение, позволяющих обеспечить хорошее согласование в широком диапазоне частот.Figure 9 presents the antenna applicator, which contains several series-connected segments of the waveguide having different cross-sections, allowing for good coordination in a wide frequency range.
На фиг.10 представлена антенна-аппликатор, содержащая внутренний волновод (и расположенный снаружи от внутреннего волновода отрезок внешнего волновода (18), причем зазор между отрезками внутреннего и внешнего волноводов частично заполнен диэлектриком (19). Наличие дополнительных внешних волноводов (19) позволяет повысить помехозащищенность антенны.Figure 10 shows the antenna applicator containing the internal waveguide (and located outside the inner waveguide segment of the external waveguide (18), and the gap between the segments of the internal and external waveguides is partially filled with a dielectric (19). The presence of additional external waveguides (19) allows to increase noise immunity of the antenna.
На фиг.11 представлен вариант антенны-аппликатора и ее поперечное сечение по линии А-А, в которой между системой возбуждения и инфракрасным датчиком включен металлизированный согласующий элемент (20). Он позволяет проводить настройку коэффициента отражения антенны в широком диапазоне частот для использования антенны-аппликатора для тканей с различной диэлектрической проницаемостью.11 shows a variant of the applicator antenna and its cross-section along line AA, in which a metallized matching element (20) is connected between the excitation system and the infrared sensor. It allows you to adjust the reflection coefficient of the antenna in a wide range of frequencies to use the antenna applicator for tissues with different dielectric constants.
Погрешность измерение температуры кожи, как правило, зависит от температуры датчиков, с помощью которых производится измерение. Вместе с тем, температура датчиков меняется при измерении температуры окружающей среды, в процессе нагрева датчика, энергией рассеиваемой в аппаратуре, и энергией, поступающей от пациента. Но если измерить температуру датчиков, измеряющих температуру кожи, и температуру антенны, то можно произвести компенсацию ошибок, возникающих в процессе измерения.The error in measuring skin temperature, as a rule, depends on the temperature of the sensors used to measure it. At the same time, the temperature of the sensors changes when measuring the ambient temperature, in the process of heating the sensor, the energy dissipated in the equipment, and the energy received from the patient. But if you measure the temperature of sensors that measure skin temperature, and the temperature of the antenna, then you can compensate for errors that occur during the measurement.
Поэтому антенна на фиг.12 дополнительно снабжена датчиком (21) температуры, измеряющим температуру антенны-аппликатора и передающим информацию на вычислительное устройство.Therefore, the antenna in FIG. 12 is further provided with a temperature sensor (21) measuring the temperature of the applicator antenna and transmitting information to the computing device.
Антенна также может быть снабжена дополнительным датчиком (22) для измерения температуры датчика температуры кожи, который расположен на корпусе датчика температуры кожи, как показано на фиг.13. Этот датчик (22) измеряет температуру корпуса датчика температуры кожи и передает информацию о температуре инфракрасного или контактного датчика температуры кожи на вычислительное устройство. Эту информацию можно использовать в вычислительном устройстве для того, чтобы снизить влияние температуры окружающей среды на результаты измерения. Инфракрасные датчики, например, фирмы PerkinElmer Inc., помимо информации об измеряемой температуры дают информацию о температуре корпуса, что позволяет использовать эту информацию для снижения погрешности измерения температуры кожи.The antenna can also be equipped with an additional sensor (22) for measuring the temperature of the skin temperature sensor, which is located on the body of the skin temperature sensor, as shown in Fig. 13. This sensor (22) measures the temperature of the skin temperature sensor housing and transmits temperature information of an infrared or contact skin temperature sensor to a computing device. This information can be used in a computing device in order to reduce the influence of ambient temperature on the measurement results. Infrared sensors, for example, PerkinElmer Inc., in addition to information about the measured temperature provide information about the temperature of the case, which allows you to use this information to reduce the error in measuring skin temperature.
На фиг.14 представлено схематичное изображение устройства для определения температурных изменений внутренних тканей биологического объекта, содержащего антенну-аппликатор (1), микроволновый радиотермометр (23) и вычислительное устройство (24).On Fig presents a schematic representation of a device for determining temperature changes in the internal tissues of a biological object containing an antenna applicator (1), a microwave radiothermometer (23) and a computing device (24).
На фиг.15 представлен другой вариант устройства для определения температурных изменений внутренних тканей, содержащего антенну-аппликатор (1), микроволновый радиотермометр (23), вычислительное устройство (24) и дополнительно содержащий разделительный фильтр (25) нижних частот на выходе датчика температуры кожи. Каждый проводник, идущий от датчика температуры кожи должен пройти через фильтр нижних частот, который препятствует СВЧ колебаниям попасть в апертуру антенны по проводникам, идущим к датчику температуры кожи. Фильтр должен располагаться как можно ближе к месту ввода проводников (6) в волновод.On Fig presents another variant of the device for determining the temperature changes of internal tissues, containing the antenna applicator (1), microwave radiothermometer (23), a computing device (24) and further comprising a low-pass filter (25) at the output of the skin temperature sensor. Each conductor coming from the skin temperature sensor must pass through a low-pass filter, which prevents microwave oscillations from entering the antenna aperture through conductors going to the skin temperature sensor. The filter should be located as close as possible to the point of entry of the conductors (6) into the waveguide.
На фиг.16 представлен вариант устройства для определения температурных изменений внутренних тканей, содержащий антенну-аппликатор (1) с системой (17) подогрева, который снижает влияние температуры антенны на погрешность измерения температуры кожи. Для нагрева антенны можно использовать либо резисторы, установленные на корпусе антенны, либо элементы Пельтье. Последние позволяют не только нагревать антенну, но и охлаждать ее. Но для работы элемента Пельтье требуется организация теплоотвода. При использовании резисторов теплоотвода не требуется, и охлаждение происходит за счет естественного охлаждения антенны.On Fig presents a variant of the device for determining the temperature changes of internal tissues, comprising an antenna applicator (1) with a heating system (17), which reduces the influence of the antenna temperature on the error of measurement of skin temperature. To heat the antenna, you can use either resistors mounted on the antenna body or Peltier elements. The latter allow not only heating the antenna, but also cooling it. But the operation of the Peltier element requires the organization of a heat sink. When using resistors, a heat sink is not required, and cooling occurs due to the natural cooling of the antenna.
На фиг.17 представлен вариант устройства для определения температурных изменений внутренних тканей, содержащий датчик (27) касания, который срабатывает, если антенна аппликатор касается кожи пациента и передает информацию о касании на вычислительное устройство. Вычислительное устройство обрабатывает информацию со всех датчиков (27) касания и, при наличии касания, позволяет программе сохранять результаты измерений в памяти компьютера. Это позволяет врачу быть уверенным, что антенна находится в контакте с кожей. Известно, что для обеспечения достоверных результатов измерений яркостной температуры, антенна-аппликатор должна плотно прилегать к коже. Для этого используется датчик касания, расположенный вблизи апертуры антенны или в апертуре антенны. Использование датчиков касания позволяет также прекращать измерения яркостной температуры, при отрыве антенны от кожи. В этом случае, датчики касания срабатывают и дают сигнал на вычислительное устройство об отсутствии контакта. В этом случае на индикаторе прибора отображается температура окружающей среды. Датчик касания может быть реализован различными способами: механический датчик касания, измерение емкости между датчиком и кожей, измерение электрических потенциалов и т.д. В данной конструкции используется оптический датчик касания. Вблизи апертуры антенны установлен оптический световод и датчик освещенности. В момент касания свет не поступает на датчик освещенности и происходит срабатывание.On Fig presents a variant of the device for determining temperature changes in internal tissues, containing a touch sensor (27), which is triggered if the applicator antenna touches the skin of the patient and transmits information about the touch to the computing device. The computing device processes information from all touch sensors (27) and, if there is a touch, allows the program to save the measurement results in the computer's memory. This allows the doctor to be sure that the antenna is in contact with the skin. It is known that to ensure reliable measurement results of brightness temperature, the antenna applicator should fit snugly against the skin. To do this, use a touch sensor located near the aperture of the antenna or in the aperture of the antenna. Using touch sensors also allows you to stop measuring brightness temperature when the antenna is torn from the skin. In this case, the touch sensors are triggered and give a signal to the computing device about the lack of contact. In this case, the ambient temperature is displayed on the meter indicator. The touch sensor can be implemented in various ways: a mechanical touch sensor, measurement of capacitance between the sensor and the skin, measurement of electrical potentials, etc. This design uses an optical touch sensor. An optical fiber and an ambient light sensor are installed near the aperture of the antenna. At the moment of touch, the light does not enter the light sensor and a trip occurs.
Далее более подробно рассмотрены способы определения изменений температуры, в которых может быть использована антенна-аппликатор согласно изобретению, на примере реализации способа выявления у биологического объекта высокого риска рака.Next, methods of determining temperature changes in which the applicator antenna according to the invention can be used are described in more detail using an example of a method for detecting a high risk of cancer in a biological object.
Метод проведения измеренийMeasurement Method
Приложить рабочую поверхность аппликатора к первой (опорной) точке и произвести одновременное измерение температуры кожи и яркостной температуры в опорной точке и заданных точках согласно схеме измерения. Давление антенны-аппликатора на кожу не должно быть чрезмерно сильным, но, в то же время, аппликатор должен прилегать к коже всей рабочей поверхностью. Это необходимо контролировать визуально. В применении веществ, улучшающих контакт датчика с кожей, как это применяется при ультразвуковых исследованиях, нет необходимости. Ось антенны-аппликатора должна быть перпендикулярна поверхности кожи, т.к. результат исследования зависит от угла наклона антенны-аппликатора. Данные измерений сохраняются в компьютере.Attach the working surface of the applicator to the first (reference) point and simultaneously measure the skin temperature and brightness temperature at the reference point and specified points according to the measurement scheme. The pressure of the antenna applicator on the skin should not be excessively strong, but at the same time, the applicator should rest on the skin with the entire working surface. This must be monitored visually. The use of substances that improve the contact of the sensor with the skin, as it is used in ultrasound studies, is not necessary. The axis of the antenna applicator should be perpendicular to the skin surface, as the result of the study depends on the angle of the antenna applicator. Measurement data is stored in a computer.
Далее определяют температуры внутренних тканей в опорной и заданных точках по следующей формуле:Next, determine the temperature of the internal tissues at the reference and given points according to the following formula:
, где where
Tint - температура внутренних тканей в опорной или заданной точке,T int is the temperature of the internal tissues at the reference or given point,
Tbr - яркостная температура в опорной или заданной точке,T br - brightness temperature at the reference or set point,
Tsk - температура кожи в опорной или заданной точке,T sk - skin temperature at a reference or a given point,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
и определяют уровень тепловой активности тканей D, характеризующий тепловые изменения в тканях биологического объекта, согласно выражению:and determine the level of thermal activity of tissues D, characterizing thermal changes in the tissues of a biological object, according to the expression:
, где where
D - уровень тепловой активности тканей,D is the level of thermal activity of tissues,
С1 - весовой коэффициент,C1 - weight coefficient
ΔTi - повышение температуры внутренних тканей в заданных точках измерения по сравнению с температурой внутренних тканей в опорной точке, определяемое по следующей формуле:ΔT i - increase in the temperature of internal tissues at given measurement points compared to the temperature of internal tissues at a reference point, determined by the following formula:
, где where
Tiint - температура внутренних тканей в i-той заданной точке,T i int - the temperature of the internal tissues at the i-th given point,
Tonint - температура внутренних тканей в опорной точке,T on int is the temperature of the internal tissues at the reference point,
Tisk - температура кожи в i-той заданной точке,T i sk - skin temperature at the i-th given point,
Tonsk - температура кожи в опорной точке,T on sk - skin temperature at the reference point,
СС2 - весовой коэффициент.CC2 - weight coefficient.
Параметр W, характеризующий риск рака, определяют на основе уровня тепловой активности D и соотношения между температурой внутренних тканей и температурой кожи, согласно выражению:The parameter W, characterizing the risk of cancer, is determined on the basis of the level of thermal activity D and the ratio between the temperature of the internal tissues and the temperature of the skin, according to the expression:
, где where
W - параметр, характеризующий риск рака,W is a parameter characterizing the risk of cancer,
D - уровень тепловой активности тканей,D is the level of thermal activity of tissues,
LL - параметр, характеризующий разницу между температурой внутренних тканей и температурой кожи биологического объекта, равныйLL is a parameter characterizing the difference between the temperature of internal tissues and the skin temperature of a biological object, equal to
и LD - параметр, характеризующий дисперсию разницы между температурой внутренних тканей и температурой кожи биологического объекта, равныйand LD is a parameter characterizing the variance of the difference between the temperature of internal tissues and the skin temperature of a biological object, equal to
где U и UB - экспериментальные коэффициенты,where U and UB are the experimental coefficients,
и определение риска рака путем сравнения параметра W, характеризующего риск рака, с пороговым уровнем риска рака.and determining a cancer risk by comparing a cancer risk parameter W with a threshold cancer risk level.
Экспериментальные коэффициенты U и UB выбирают таким образом, чтобы у пациентов с верифицированным раком значение параметра W было выше порогового уровня, а для пациентов, у которых нет рака, значение параметра W было ниже порогового уровня.The experimental coefficients U and UB are chosen so that in patients with verified cancer the value of the parameter W is higher than the threshold level, and for patients who do not have cancer, the value of the parameter W is below the threshold level.
Для парных органов биологического объекта при определении уровня тепловой активности тканей D дополнительно учитывают значение разницы температур в точках измерения правого и левого парного органа, определяемого по следующей формуле:For paired organs of a biological object, when determining the level of thermal activity of tissues D, the value of the temperature difference at the measurement points of the right and left paired organ, determined by the following formula, is additionally taken into account:
где Where
Tintiправ - температура внутренних тканей в i-той заданной точке правого парного органа,Tint iprav - internal tissue temperature in i-right of the given point pair body,
Tintiлев - температура внутренних тканей в i-той заданной точке левого парного органа,Tint ilev - the temperature of the internal tissues at the i-th given point of the left paired organ,
Tskiправ - температура кожи в i-той заданной точке правого парного органа,Tsk irav - skin temperature at the i-th given point of the right paired organ,
Tskiлев - температура кожи в i-той заданной точке левого парного органа,Tsk ilev - skin temperature at the i-th given point of the left paired organ,
СС3 - весовой коэффициент,CC3 - weight coefficient,
и уровень тепловой активности тканей D определяют какand the level of thermal activity of tissues D is defined as
, где where
C1, C2 - весовые коэффициенты.C1, C2 - weighting factors.
При диагностике рака молочной железы обследование проводится с 6 по 12 день менструального цикла. Температура в помещении, где проводятся измерения, должна находиться в пределах 20-25°С. Перед началом обследований молочные железы пациентки в течение 7-10 минут должны адаптироваться к температуре окружающей среды. Обследование должно проводиться до проведения пальпаторного обследования, маммографии или УЗИ, поскольку последние оказывают сильное влияние на распределение температуры молочных желез. При проведении обследования пациентка лежит на спине с руками за головой.In the diagnosis of breast cancer, the examination is carried out from 6 to 12 days of the menstrual cycle. The temperature in the room where measurements are taken should be in the range of 20-25 ° C. Before starting the examination, the patient’s mammary glands should adapt to the ambient temperature within 7-10 minutes. The examination should be carried out before a palpation examination, mammography or ultrasound, since the latter have a strong influence on the temperature distribution of the mammary glands. During the examination, the patient lies on his back with his hands behind his head.
Рабочими точками при обследовании молочной железы являются середины квадрантов, границы между квадрантами, область соска и аксилярные области (лимфатические узлы), и опорная точка. Опорная точка расположена в центре грудной клетки, на 5 сантиметров выше точки эпигастрия. Всего измерения обычно проводятся в 21 точках.The working points in the examination of the mammary gland are the midpoints of the quadrants, the boundaries between the quadrants, the nipple region and the axillary regions (lymph nodes), and the reference point. The reference point is located in the center of the chest, 5 centimeters above the epigastric point. In total, measurements are usually taken at 21 points.
Яркостная температура, температура кожи и внутренняя температура отображаются в виде термограмм и в виде поля температур.The brightness temperature, skin temperature and internal temperature are displayed in the form of thermograms and in the form of a temperature field.
На термограмме по вертикальной оси отображается температура, по горизонтальной номера точек. Температура молочной железы может отображаться с использованием различных символов, например, кружком отображается температура правой молочной железы, крестиком - левой. На поле внутренняя температура и температура кожи могут отображаться с использованием цветовой палитры, например, красным цветом отображаются высокие температуры, синим цветом низкие температуры, желтым и зеленым цветом - средние значения температуры молочной железы.On the thermogram, the temperature is displayed on the vertical axis, along the horizontal number of points. The temperature of the mammary gland can be displayed using various symbols, for example, the circle displays the temperature of the right breast, and the cross - the left. On the field, the internal temperature and skin temperature can be displayed using a color palette, for example, high temperatures are displayed in red, low temperatures in blue, and average breast temperature in yellow and green.
Значение параметра тепловой активности ткани D, параметра W и границу области риска удобно отображать на графике отдельно для правой и отдельно для левой молочных желез.The value of the parameter of thermal activity of the tissue D, the parameter W and the boundary of the risk area are conveniently displayed on the graph separately for the right and separately for the left mammary glands.
Врач, глядя на этот график, видит насколько обследуемый пациент выше или ниже границы области риска для каждой из молочных желез.The doctor, looking at this graph, sees how much the patient being examined is above or below the border of the risk area for each of the mammary glands.
Пороговый уровень риска рака может устанавливаться экспериментально. В одном из вариантов выполнения способа согласно изобретению пороговый уровень риска рака, например, определяется путем вычисления порогового уровня G на основе эмпирических данных по следующей формуле:The threshold risk level for cancer can be set experimentally. In one embodiment of the method of the invention, the threshold level of cancer risk, for example, is determined by calculating the threshold level G based on empirical data using the following formula:
, где where
АА, b, СС - коэффициенты, которые зависят от диаметра молочной железы и представлены в таблице,AA, b, CC - coefficients that depend on the diameter of the mammary gland and are presented in the table,
а X - это параметр, характеризующий повышение внутренней температуры по сравнению с «нормой», который может быть вычислен по следующей формуле .and X is a parameter that characterizes the increase in internal temperature compared with the "norm", which can be calculated by the following formula .
Величина разности Δ=W-G характеризует риск малигнизации. Положительные значения соответствуют высокому риску, отрицательные значения - низкому, и если для обследуемого пациента значение W выше порога, значит, обследуемый пациент находится в группе риска рака молочной железы.The difference Δ = W-G characterizes the risk of malignancy. Positive values correspond to a high risk, negative values correspond to a low risk, and if the value of W for the examined patient is higher than the threshold, then the examined patient is at risk for breast cancer.
Примеры клинических примененийClinical Examples
Пример 1. Больная С. Возраст: 38 лет.Example 1. Patient S. Age: 38 years.
ЖАЛОБЫ ПРИ ПОСТУПЛЕНИИ: наличие уплотнения в правой молочной железе.ACTION COMPLAINTS: presence of compaction in the right mammary gland.
АНАМНЕЗ ЗАБОЛЕВАНИЯ: Уплотнение в правой молочной железе обнаружила самостоятельно в октябре с.г. обследовалась в поликлинике РНЦРР и с диагнозом фибросклероз правой молочной железы госпитализирована для хирургического лечения.ANAMNESIS OF DISEASE: A seal in the right mammary gland was discovered independently in October this year. was examined in the outpatient clinic of the RSCR and with a diagnosis of fibrosclerosis of the right breast was hospitalized for surgical treatment.
СОСТОЯНИЕ БОЛЬНОГО: Положение активное. Общее состояние удовлетворительное. Телосложение правильное. Питание удовлетворительное. Кожа и видимые слизистые чистые, нормальной окраски. Лимфатические узлы нормальных размеров. Костно-мышечный аппарат без патологии. Щитовидная железа не увеличена. Молочные железы на фоне умеренно выраженной мастопатии, справа в верхне-наружном квадранте определяется уплотнение с неровными, нечеткими контурами, округлой формы размерами до 2,0 см. Периферические л/узлы не увеличены.CONDITION OF THE PATIENT: The position is active. General condition is satisfactory. The physique is correct. The food is satisfactory. The skin and visible mucous membranes are clean, normal in color. Lymph nodes of normal size. Musculoskeletal system without pathology. The thyroid gland is not enlarged. The mammary glands against the background of moderate mastopathy, on the right in the upper-outer quadrant, a seal with uneven, fuzzy contours, rounded in size up to 2.0 cm is determined. Peripheral l / nodes are not enlarged.
ПРИ МАММОГРАФИИ: на фоне мастопатии средней степени выраженности справа в верхне-наружном квадранте отчетливых узловых образований не определяются, однако при УЗИ выявляется гипоэхогенное образование неоднородной структуры, размерами 13*11 мм, с анэхогенными включениями.IN MAMMOGRAPHIES: against the background of moderate mastopathy, distinct nodules are not defined in the upper-outer quadrant on the right, however, ultrasound reveals a hypoechogenic formation of a heterogeneous structure, 13 * 11 mm in size, with anechogenic inclusions.
Клинический диагноз: ФИБРОСКЛЕРО3 ПРАВОЙ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ.Clinical diagnosis: FIBROSCLERO3 RIGHT BREAST.
ЦИТОЛОГИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ: кубический эпителий с пролиферацией и атипической гиперплазией по типу Д-3.CYTOLOGICAL STUDY: cubic epithelium with proliferation and atypical hyperplasia of the D-3 type.
Больной планируется хирургическое лечение в объеме секторальной резекции правой молочной железы со срочным гистологическим исследованием.The patient is planned to undergo surgical treatment in the scope of sectoral resection of the right breast with an urgent histological examination.
Результат экспертной системы для Примера 1 клинического применения показан на фиг.18.The result of the expert system for Example 1 clinical use is shown in Fig. 18.
По данным клинико-рентгенологического обследования у пациентки имеется доброкачественное образование молочной железы.According to the clinical and radiological examination, the patient has a benign breast formation.
Вместе с тем экспертная система показала, что в правой молочной железе параметр W выше порогового уровня, что говорит о высоком риске рака молочной железы.At the same time, the expert system showed that in the right mammary gland, the parameter W is higher than the threshold level, which indicates a high risk of breast cancer.
Срочное гистологическое исследование показало наличие инфильтративно-протокового рака.An urgent histological examination revealed the presence of infiltrative ductal carcinoma.
Выводы: гистологическое исследование подтвердило правильность радиотермометрического заключения о высоком риске рака молочной железы.Conclusions: a histological examination confirmed the correctness of the radiothermometric conclusion about the high risk of breast cancer.
Пример 2. Больная А. Возраст: 51 год.Example 2. Patient A. Age: 51 years.
ЖАЛОБЫ ПРИ ПОСТУПЛЕНИИ: образования правой молочной железы.COMPLAINTS ON ACCESS: formation of the right mammary gland.
АНАМНЕЗ ЗАБОЛЕВАНИЯ: Уплотнение заметила сама около 2-х месяцев назад. Обратилась для обследования в РНЦРР, где при клинико-рентгенологическом обследовании был выявлен фибросклероз правой молочной железы.Anamnesis of the disease: Seal noticed itself about 2 months ago. Turned for examination at the RSCR, where a clinical and radiological examination revealed fibrosclerosis of the right breast.
СОСТОЯНИЕ БОЛЬНОГО: Положение активное. Общее состояние удовлетворительное. Телосложение правильное. Питание удовлетворительное. Кожа и видимые слизистые чистые, нормальной окраски. Лимфатические узлы нормальных размеров. Костно-мышечный аппарат без патологии. Щитовидная железа не увеличена. Молочные железы изменены: справа на границе верхних квадрантов пальпируется бугристое образование 3*4 см.CONDITION OF THE PATIENT: The position is active. General condition is satisfactory. The physique is correct. The food is satisfactory. The skin and visible mucous membranes are clean, normal in color. Lymph nodes of normal size. Musculoskeletal system without pathology. The thyroid gland is not enlarged. The mammary glands are changed: on the right at the border of the upper quadrants, a tuberous formation of 3 * 4 cm is palpated.
При маммографии справа на фоне жировой инволюции отрицательная динамика от 2003 г. в виде появления на границе верхних квадрантов участка тяжистости со скоплением микрокальцинатов.When mammography on the right against the background of fat involution, the negative dynamics from 2003 in the form of the appearance on the border of the upper quadrants of the site of severity with the accumulation of microcalcifications.
При неоднократных пункциях, в том числе и под контролем "Цитогайта", цитологическое исследование: кубический эпителий.With repeated punctures, including under the control of the Cytogight, cytological examination: cubic epithelium.
Результат экспертной системы для Примера 2 клинического применения показан на фиг.19.The result of the expert system for Example 2 clinical use is shown in Fig.19.
По данным цитологии клеток рака не обнаружено.According to the cytology of cancer cells not detected.
Результаты экспертной системы показали, что в правой молочной железе параметр W выше порогового уровня, что говорит о высоком риске рака молочной железы.The results of the expert system showed that in the right mammary gland, the parameter W is higher than the threshold level, which indicates a high risk of breast cancer.
С предварительным диагнозом фибросклероз правой молочной железы больной проведено хирургическое лечение - секторальная резекция правой молочной железы. При срочном гистологическом исследовании - внутрипротоковый рак.With a preliminary diagnosis of fibrosclerosis of the right breast, the patient underwent surgical treatment - sectoral resection of the right breast. In an urgent histological examination, intraductal cancer.
Далее была выполнена широкая секторальная резекция правой молочной железы с подмышечной лимфаденэктомией.Next, a wide sectoral resection of the right breast with axillary lymphadenectomy was performed.
Гистологическое исследование:Histological examination:
МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ: В молочной железе (без сектора) в зоне операции фокусы внутрипротокового рака без признаков инвазивного роста. В лимфоузлах умеренный гистиоцитоз синусов, липоматоз, метастазов рака не обнаружено.MICROSCOPIC DESCRIPTION: In the mammary gland (without a sector) in the area of operation, the foci of intraductal cancer have no signs of invasive growth. In the lymph nodes, moderate histiocytosis of the sinuses, lipomatosis, and cancer metastases were not detected.
Послеоперационный период без особенности. В удовлетворительном состоянии выписывается под наблюдение районного онколога. Рекомендовано проведение ЛТ после полного заживления раны, решение вопроса о проведении гормональной терапии после консультации окулиста по месту жительства.The postoperative period without features. In a satisfactory condition, it is discharged under the supervision of a district oncologist. RT is recommended after complete healing of the wound, the solution of the issue of hormonal therapy after consultation with an oculist at the place of residence.
Вывод: результаты гистологического исследования подтвердили заключение радиотермометрического исследования о высоком риске рака молочной железы.Conclusion: the results of a histological examination confirmed the conclusion of a radiothermometric study on the high risk of breast cancer.
Пример 3. Больная Г. Возраст: 61 год.Example 3. Patient G. Age: 61 years.
ЖАЛОБЫ ПРИ ПОСТУПЛЕНИИ: на наличие уплотнения в левой молочной железе.ACTION COMPLAINTS: on the presence of a seal in the left mammary gland.
АНАМНЕЗ ЗАБОЛЕВАНИЯ: по м/ж наблюдается с 2002 г. по поводу мастопатии. Направлена в РНЦРР для консультации. При обследовании в РНЦРР выявлен узловой компонент с локальным скоплением микрокальцинатов. Госпитализирована для хирургического лечения.Anamnesis of the disease: m / f has been observed since 2002 regarding mastopathy. Sent to the RSCD for consultation. An examination in the RSCR revealed a nodal component with a local accumulation of microcalcifications. Hospitalized for surgical treatment.
Клинический диагноз: ФИБРОСКЛЕРО3 ЛЕВОЙ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ.Clinical diagnosis: FIBROSCLERO3 LEFT BREAST.
СОСТОЯНИЕ БОЛЬНОГО: Общее состояние удовлетворительное. Кожа и видимые слизистые чистые, нормальной окраски. Лимфатические узлы нормальных размеров. В верхне-наружном квадранте левой молочной железы пальпируется уплотнение с нечеткими контурами протяженностью до 3 см. Справа узловые образования не пальпируются.CONDITION OF THE PATIENT: General condition is satisfactory. The skin and visible mucous membranes are clean, normal in color. Lymph nodes of normal size. In the upper-outer quadrant of the left mammary gland, a seal with fuzzy contours of up to 3 cm is palpated. Nodules are not palpated on the right.
При маммографии: на фоне фиброзной мастопатии справа на границе верхних квадрантов определяется участок перестройки структуры со скоплением микрокальцинатов. Результат прицельной биопсии: Фиброзно-жировая ткань.With mammography: against the background of fibrotic mastopathy, on the right at the border of the upper quadrants, a section of the restructuring of the structure with an accumulation of microcalcifications is determined. Result of targeted biopsy: Fibrous adipose tissue.
ОПЕРАЦИЯ: секторальная резекция левой молочной железы.OPERATION: sectoral resection of the left breast.
Послеоперационный период без особенностей.The postoperative period without features.
Гистологическое исследование: фиброз, простая протоковая гиперплазия, папилломатоз.Histological examination: fibrosis, simple ductal hyperplasia, papillomatosis.
В удовлетворительном состоянии больная выписывается из хирургической клиники под наблюдение хирурга по месту жительства.In satisfactory condition, the patient is discharged from the surgical clinic under the supervision of a surgeon at the place of residence.
Результат экспертной системы для Примера 3 клинического применения показан на фиг.20.The result of the expert system for Example 3 clinical use is shown in Fig.20.
Результаты экспертной системы показали, что параметр W ниже порога, что говорит о низком риске рака молочной железы. Это было подтверждено гистологическим заключением.The results of the expert system showed that the parameter W is below the threshold, which indicates a low risk of breast cancer. This was confirmed by a histological conclusion.
Выводы: Результаты гистологического заключения подтвердили выводы радиотермометрического заключения о доброкачественном характере образования.Conclusions: The results of the histological conclusion confirmed the conclusions of the radiothermometric conclusion about the benign nature of education.
Практическая реализация других заявленных способов аналогична описанному выше.The practical implementation of the other claimed methods is similar to that described above.
Таким образом, использование антенны-аппликатора согласно изобретению и различных способов с ее использованием, таких как способ определения температурных изменений внутренних тканей, способ определения температурных изменений внутренних тканей во времени, способ выявления у биологического объекта высокого риска рака, в частности высокого риска рака молочной железы, могут быть эффективно использованы для мониторинга и неинвазивной диагностики для раннего выявления онкологических заболеваний и других патологий внутренних органов, в частности для ранней диагностики рака молочной железы.Thus, the use of the applicator antenna according to the invention and various methods using it, such as a method for determining temperature changes in internal tissues, a method for determining temperature changes in internal tissues over time, a method for detecting a high risk of a cancer in a biological object, in particular a high risk of breast cancer , can be effectively used for monitoring and non-invasive diagnostics for early detection of cancer and other pathologies of internal organs, in particular for the early diagnosis of breast cancer.
Claims (22)
систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную в волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную с входной частью микроволнового радиотермометра, экранированный датчик температуры кожи, расположенный у открытого конца волновода, выполненный с возможностью передачи информации на вычислительное устройство.1. An antenna applicator for determining temperature changes in the internal tissues of a biological object, comprising: a waveguide segment partially or completely filled with a dielectric, having one closed end and an opposite open end in contact with the biological object,
an electromagnetic wave excitation system located in the waveguide between the closed end of the waveguide and the dielectric, connected to the input part of the microwave radio thermometer, a shielded skin temperature sensor located at the open end of the waveguide, configured to transmit information to a computing device.
антенну-аппликатор, содержащую:
отрезок волновода, частично или полностью заполненный диэлектриком, имеющий один закрытый конец и противоположный открытый конец, контактирующий с биологическим объектом,
систему возбуждения электромагнитных волн, расположенную в волноводе между закрытым концом волновода и диэлектриком, соединенную с входной частью микроволнового радиотермометра,
экранированный датчик температуры кожи, расположенный у открытого конца волновода, выполненный с возможностью передачи информации на вычислительное устройство;
микроволновый радиотермометр, измеряющий интенсивность сигнала, поступающего с выхода антенны, который пропорционален яркостной температуре тканей биологического объекта; и
вычислительное устройство, выполненное с возможностью приема информации от датчика температуры кожи и от микроволнового радиотермометра и определения изменения температуры внутренних тканей.15. A device for determining temperature changes in the internal tissues of a biological object, including:
an applicator antenna comprising:
a waveguide segment partially or completely filled with a dielectric having one closed end and an opposite open end in contact with a biological object,
an electromagnetic wave excitation system located in the waveguide between the closed end of the waveguide and the dielectric, connected to the input part of the microwave radiometer,
a shielded skin temperature sensor located at the open end of the waveguide, configured to transmit information to a computing device;
microwave radio thermometer, measuring the intensity of the signal coming from the output of the antenna, which is proportional to the brightness temperature of the tissues of the biological object; and
a computing device configured to receive information from a skin temperature sensor and from a microwave radio thermometer and detect changes in the temperature of internal tissues.
одновременное измерение яркостной температуры и температуры кожи в первой точке биологического объекта,
определение температуры внутренних тканей в первой точке по следующей формуле:
где Tintt1 - температура внутренних тканей в первой точке,
Tbr1 - яркостная температура в первой точке,
Tsk1 - температура кожи в первой точке,
К - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,
одновременное измерение яркостной температуры и температуры кожи во второй точке биологического объекта,
определение температуры внутренних тканей во второй точке по следующей формуле:
где Tintt2 - температура внутренних тканей во второй точке,
Tbr2 - яркостная температура во второй точке,
Tsk2 - температура кожи во второй точке,
К - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,
оценку изменения температуры внутренних тканей по формуле:
18. A method for determining temperature changes in internal tissues, including:
simultaneous measurement of brightness temperature and skin temperature at the first point of a biological object,
determination of the temperature of internal tissues at the first point according to the following formula:
where T intt1 is the temperature of the internal tissues at the first point,
T br1 - brightness temperature at the first point,
T sk1 - skin temperature at the first point,
K is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
simultaneous measurement of brightness temperature and skin temperature at the second point of a biological object,
determination of the temperature of internal tissues at the second point according to the following formula:
where T intt2 is the temperature of the internal tissues at the second point,
T br2 - brightness temperature at the second point,
T sk2 - skin temperature at the second point,
K is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
assessment of changes in the temperature of internal tissues by the formula:
одновременное измерение яркостной температуры и температуры кожи в заданной точке биологического объекта в первый момент времени,
определение температуры внутренних тканей в первый момент времени по следующей формуле:
где Tintt1 - температура внутренних тканей в первой момент времени,
Tbrt1 - яркостная температура в первый момент времени,
Tskt1 - температура кожи в первый момент времени,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,
одновременное измерение яркостной температуры и температуры кожи в той же точке биологического объекта в последующий второй момент времени,
определение температуры внутренних тканей во второй момент времени по следующей формуле:
где Tintt2 - температура внутренних тканей во второй момент времени,
Tbrt2 - яркостная температура во второй момент времени,
Tskt2 - температура кожи во второй момент времени,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,
оценку изменения температуры внутренних тканей во времени по следующей формуле:
19. A method for determining temperature changes in internal tissues over time, including:
simultaneous measurement of brightness temperature and skin temperature at a given point of a biological object at the first moment of time,
determination of the temperature of internal tissues at the first moment of time according to the following formula:
where T intt1 is the temperature of the internal tissues at the first moment of time,
T brt1 - brightness temperature at the first moment of time,
T skt1 - skin temperature at the first moment of time,
κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
simultaneous measurement of brightness temperature and skin temperature at the same point of a biological object in the subsequent second moment of time,
determination of the temperature of internal tissues at the second point in time according to the following formula:
where T intt2 is the temperature of the internal tissues at the second instant of time,
T brt2 - brightness temperature at the second moment of time,
T skt2 - skin temperature at the second point in time,
κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
an estimate of the temperature change of internal tissues over time using the following formula:
одновременное измерение яркостной температуры биологического объекта и температуры кожи биологического объекта в заданных точках,
определение температуры внутренних тканей в опорной и заданных точках по следующей формуле:
где Tintt - температура внутренних тканей в опорной или заданной точке,
Tbr - яркостная температура в опорной или заданной точке,
Tsk - температура кожи в опорной или заданной точке,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,
определение уровня тепловой активности тканей D, характеризующего тепловые изменения в тканях биологического объекта, согласно выражению:
,
где D - уровень тепловой активности тканей,
ΔTi - повышение температуры внутренних тканей в заданных точках измерения по сравнению с температурой внутренних тканей в опорной точке, определяемое по следующей формуле:
где Tiint - температура внутренних тканей в i-й заданной точке,
Tonint - температура внутренних тканей в опорной точке,
Tisk - температура кожи в i-й заданной точке,
Tonsk - температура кожи в опорной точке,
определение параметра W, характеризующего риск рака на основе уровня тепловой активности тканей D и соотношения между температурой внутренних тканей и температурой кожи, согласно выражению
,
где W - параметр, характеризующий риск рака,
D - уровень тепловой активности тканей,
LL - параметр, характеризующий разницу между температурой внутренних тканей и температурой кожи биологического объекта, равный
и LD - параметр, характеризующий дисперсию разницы между температурой внутренних тканей и температурой кожи биологического объекта, равный
где U и UB - экспериментальные коэффициенты,
и определение риска рака путем сравнения параметра W, характеризующего риск рака, с пороговым уровнем риска рака.20. A method for detecting a cancer risk in a biological object, comprising: simultaneously measuring the brightness temperature of the biological object and the skin temperature of the biological object in at least one reference point,
simultaneous measurement of the brightness temperature of a biological object and the skin temperature of a biological object at specified points,
determination of the temperature of internal tissues at reference and given points according to the following formula:
where T intt is the temperature of the internal tissues at the reference or given point,
T br - brightness temperature at the reference or set point,
T sk - skin temperature at a reference or a given point,
κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
determination of the level of thermal activity of tissues D, characterizing thermal changes in the tissues of a biological object, according to the expression:
,
where D is the level of thermal activity of tissues,
ΔT i - increase in the temperature of internal tissues at given measurement points compared to the temperature of internal tissues at a reference point, determined by the following formula:
where T i int is the temperature of the internal tissues at the i-th given point,
T on int is the temperature of the internal tissues at the reference point,
T i sk - skin temperature at the i-th given point,
T on sk - skin temperature at the reference point,
determination of the parameter W, which characterizes the risk of cancer based on the level of thermal activity of tissues D and the relationship between the temperature of internal tissues and skin temperature, according to the expression
,
where W is the parameter characterizing the risk of cancer,
D is the level of thermal activity of tissues,
LL is a parameter characterizing the difference between the temperature of internal tissues and the skin temperature of a biological object, equal to
and LD is a parameter characterizing the variance of the difference between the temperature of internal tissues and the skin temperature of a biological object, equal to
where U and UB are the experimental coefficients,
and determining a cancer risk by comparing a cancer risk parameter W with a threshold cancer risk level.
где Tintiправ - температура внутренних тканей в i-й заданной точке правого парного органа,
Тintiлев - температура внутренних тканей в i-й заданной точке левого парного органа,
Tskiправ - температура кожи в i-й заданной точке правого парного органа,
Tskiлев - температура кожи в i-й заданной точке левого парного органа, и уровень тепловой активности тканей D определяют как
,
где ΔTi - повышение температуры внутренних тканей в заданных точках измерения по сравнению с температурой внутренних тканей в опорной точке,
DTi - значение разницы температур в точках измерения правого и левого парного органа.21. The method according to claim 20, characterized in that for the paired organs of a biological object, when determining the level of thermal activity of tissues D, the value DT i of the temperature difference at the measurement points of the right and left paired organ is additionally taken into account, determined by the following formula:
where Tint is right - the temperature of the internal tissues at the i-th given point of the right paired organ,
Tint ilev - the temperature of the internal tissues at the i-th given point of the left paired organ,
Tsk irav - skin temperature at the i-th given point of the right paired organ,
Tsk ilev - skin temperature at the i-th given point of the left paired organ, and the level of thermal activity of tissues D is determined as
,
where ΔT i is the increase in the temperature of internal tissues at given measurement points compared to the temperature of internal tissues at a reference point,
DT i is the temperature difference at the measurement points of the right and left paired organ.
одновременное измерение яркостной температуры биологического объекта и температуры кожи биологического объекта в, по меньшей мере, одной опорной точке,
одновременное измерение яркостной температуры молочной железы биологического объекта и температуры кожи молочной железы биологического объекта в заданных точках,
определение температуры внутренних тканей в опорной и заданных точках молочной железы по следующей формуле:
где Tint - температура внутренних тканей в опорной или заданной точке молочной железы,
Tbr - яркостная температура в опорной или заданной точке молочной железы,
Tsk - температура кожи в опорной или заданной точке молочной железы,
κ - безразмерный коэффициент, характеризующий вклад температуры кожи в яркостную температуру,
определение уровня тепловой активности тканей D, характеризующего тепловые изменения в тканях молочной железы, согласно выражению:
, где D - уровень тепловой активности тканей молочной железы,
ΔTi - повышение температуры внутренних тканей в заданных точках молочной железы по сравнению с температурой в опорной точке, определяемое по следующей формуле:
где Tiint - температура внутренних тканей в i-й заданной точке молочной железы,
Tonint - температура внутренних тканей в опорной точке молочной железы,
Tisk - температура кожи в i-й заданной точке молочной железы,
Tonsk - температура кожи в опорной точке молочной железы,
DTi - значение разницы температур между правой и левой молочной железой в заданных точках, определяемое по следующей формуле:
где Tintiправ - температура внутренних тканей в i-й заданной точке правой молочной железы,
Tintiлев - температура внутренних тканей в i-й заданной точке левой молочной железы,
Tskiправ - температура кожи в i-й заданной точке правой молочной железы,
Tskiлев - температура кожи в i-й заданной точке левой молочной железы, определение параметра W, характеризующего риск рака на основе уровня тепловой активности тканей D и соотношения между температурой внутренних тканей и температурой кожи молочной железы, согласно выражению
,
где W - параметр, характеризующий риск рака,
D - уровень тепловой активности тканей молочной железы,
LL - параметр, характеризующий разницу между температурой внутренних тканей и температурой кожи молочной железы, равный
и LD - параметр, характеризующий дисперсию разницы между температурой внутренних тканей и температурой кожи молочной железы, равный
где U и UD - экспериментальные коэффициенты,
и определение риска рака путем сравнения параметра W, характеризующего риск рака, с пороговым уровнем риска рака. 22. A method for identifying a risk of breast cancer in a biological subject, comprising
simultaneous measurement of the brightness temperature of the biological object and the skin temperature of the biological object in at least one reference point,
simultaneous measurement of the brightness temperature of the breast of a biological object and the skin temperature of the breast of a biological object at specified points,
determination of the temperature of internal tissues in the reference and given points of the mammary gland according to the following formula:
where T int is the temperature of the internal tissues in the reference or given point of the mammary gland,
T br is the brightness temperature at the reference or predetermined point of the mammary gland,
T sk - skin temperature at the reference or given point of the mammary gland,
κ is a dimensionless coefficient characterizing the contribution of skin temperature to brightness temperature,
determination of the level of thermal activity of tissues D, characterizing thermal changes in breast tissue, according to the expression:
where D is the level of thermal activity of breast tissue,
ΔT i is the increase in temperature of internal tissues at predetermined points of the mammary gland compared to the temperature at the reference point, determined by the following formula:
where T i int is the temperature of the internal tissues at the i-th given point of the mammary gland,
T on int - the temperature of the internal tissues at the reference point of the mammary gland,
T i sk - skin temperature at the i-th given point of the mammary gland,
T on sk - skin temperature at the reference point of the mammary gland,
DT i is the value of the temperature difference between the right and left mammary glands at given points, determined by the following formula:
where Tint is right - the temperature of the internal tissues at the i-th given point of the right breast,
Tint ilev - temperature of internal tissues at the i-th given point of the left breast,
Tsk irav - skin temperature at the i-th given point of the right breast,
Tsk ilev - skin temperature at the ith given point of the left breast, determining the parameter W, which characterizes the risk of cancer based on the level of thermal activity of tissues D and the relationship between the temperature of internal tissues and the temperature of the skin of the breast, according to the expression
,
where W is the parameter characterizing the risk of cancer,
D is the level of thermal activity of breast tissue,
LL is a parameter characterizing the difference between the temperature of internal tissues and the temperature of the skin of the breast, equal to
and LD is a parameter characterizing the variance of the difference between the temperature of the internal tissues and the temperature of the skin of the breast, equal to
where U and UD are the experimental coefficients,
and determining a cancer risk by comparing a cancer risk parameter W with a threshold cancer risk level.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008151958/14A RU2407429C2 (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Antenna-applicator and device for determining temperature changes of internal tissues of biological object and methods of determining temperature changes and cancer risk detection |
PCT/RU2009/000694 WO2010074608A2 (en) | 2008-12-26 | 2009-12-16 | Antenna applicator and device for determining changes in temperature in the internal tissues of a biological subject and methods for determining changes in temperature and identifying a risk of cancer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008151958/14A RU2407429C2 (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Antenna-applicator and device for determining temperature changes of internal tissues of biological object and methods of determining temperature changes and cancer risk detection |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008151958A RU2008151958A (en) | 2010-07-10 |
RU2407429C2 true RU2407429C2 (en) | 2010-12-27 |
Family
ID=42288337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008151958/14A RU2407429C2 (en) | 2008-12-26 | 2008-12-26 | Antenna-applicator and device for determining temperature changes of internal tissues of biological object and methods of determining temperature changes and cancer risk detection |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2407429C2 (en) |
WO (1) | WO2010074608A2 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562025C1 (en) * | 2014-09-01 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Antenna applicator for non-invasive measurement of temperature of inner tissue of biological object |
RU2656561C2 (en) * | 2013-06-06 | 2018-06-05 | Мвг Индастриз | Medical imaging system using microwave emission/reception |
RU2705344C1 (en) * | 2019-03-15 | 2019-11-06 | Ольга Алексеевна Фишер | Method for breast cancer screening and predisposition to it |
RU2744537C1 (en) * | 2020-03-03 | 2021-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Antenna-applicator for measuring the temperature of internal tissues of a biological object |
WO2021256959A1 (en) * | 2020-06-19 | 2021-12-23 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Магратеп" (ЗАО "НПП "Магратеп") | Antenna/applicator for increased resolution microwave radiometry |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2510236C2 (en) * | 2011-11-10 | 2014-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма РЭС" | Applicator array and measuring device for temperature changes of biological object's internal tissues by simultaneous noninvasive measurement of radiance temperature at various depths |
WO2021150618A1 (en) * | 2020-01-21 | 2021-07-29 | Brain Temp, Inc. | Apparatus and method of non-invasively determining deep tissue temperature using microwave radiometry |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1224905A3 (en) * | 2001-01-17 | 2002-07-31 | The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government | Non-invasive 3-D intracranial thermography system |
RU2306099C2 (en) * | 2005-10-31 | 2007-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Фирма РЭС" | Aerial-applicator for non-invasive measuring temperature of biological object's internal tissues (versions) |
RU2307578C1 (en) * | 2006-03-28 | 2007-10-10 | Государственное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования Российская медицинская академия последипломного образования Федерального агентства по социальному развитию и здравоохранению (ГОУДПО РМАПО Росздрава) | Differential diagnosis method for diagnosing benign and malignant mammary gland tumor cases |
-
2008
- 2008-12-26 RU RU2008151958/14A patent/RU2407429C2/en active
-
2009
- 2009-12-16 WO PCT/RU2009/000694 patent/WO2010074608A2/en active Application Filing
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Радиотермометр диагностический компьютеризированный интегральной глубинной температуры мягких и костных тканей РТМ-01-РЭС. Паспорт ДКГП. 942232.001РЭ, 2003. * |
СЕЛЬСКИЙ А.Г. и др. Применение динамического термокартирования в радиодиапазоне при дифференциальной диагностике онкологических заболеваний. - Международная конференция "Радиоэлектроника в медицинской диагностике". - Москва, 17-19 октября 1995 г. Доклады. СЕЛЬСКИЙ А.Г. и др. Возможности применения динамического термокартирования в радио- и инфракрасном диапазонах в онкологической клинике. Радиотехника, 1995, №9, с.85-89. ВЕТШЕВ П.С. и др. Первый опыт радиотермографии в диагностике заболеваний щитовидной железы. Хирургия, 2006, №6, с.54-58. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656561C2 (en) * | 2013-06-06 | 2018-06-05 | Мвг Индастриз | Medical imaging system using microwave emission/reception |
RU2562025C1 (en) * | 2014-09-01 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Antenna applicator for non-invasive measurement of temperature of inner tissue of biological object |
RU2705344C1 (en) * | 2019-03-15 | 2019-11-06 | Ольга Алексеевна Фишер | Method for breast cancer screening and predisposition to it |
RU2744537C1 (en) * | 2020-03-03 | 2021-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Antenna-applicator for measuring the temperature of internal tissues of a biological object |
WO2021256959A1 (en) * | 2020-06-19 | 2021-12-23 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Магратеп" (ЗАО "НПП "Магратеп") | Antenna/applicator for increased resolution microwave radiometry |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008151958A (en) | 2010-07-10 |
WO2010074608A2 (en) | 2010-07-01 |
WO2010074608A3 (en) | 2010-08-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2407429C2 (en) | Antenna-applicator and device for determining temperature changes of internal tissues of biological object and methods of determining temperature changes and cancer risk detection | |
Lazebnik et al. | A large-scale study of the ultrawideband microwave dielectric properties of normal, benign and malignant breast tissues obtained from cancer surgeries | |
US8870772B2 (en) | Method and system for tissue recognition | |
Lopresto et al. | Experimental characterisation of the thermal lesion induced by microwave ablation | |
Myers et al. | Microwave thermography: principles, methods and clinical applications | |
US20110087097A1 (en) | Method and system for tissue imaging and analysis | |
CN104352221A (en) | Portable type optical noninvasive breast self-inspection instrument | |
Cheng et al. | Dielectric properties for differentiating normal and malignant thyroid tissues | |
Schiavoni et al. | Microwave reflectometry sensing system for low-cost in-vivo skin cancer diagnostics | |
Mayrovitz et al. | Characterizing the tissue dielectric constant of skin basal cell cancer lesions | |
Alhawari | Lung tumour detection using ultra-wideband microwave imaging approach | |
Hossain | Malignant cell characterization via mathematical analysis of bio impedance and optical properties | |
RU2510236C2 (en) | Applicator array and measuring device for temperature changes of biological object's internal tissues by simultaneous noninvasive measurement of radiance temperature at various depths | |
Tipa et al. | Microwave thermography for cancer detection | |
Ashworth et al. | An intra-operative THz probe for use during the surgical removal of breast tumors | |
Fernandez-Aranzamendi et al. | Breast tumor classification by age and size based on analysis of dielectric properties performed on in vivo and ex vivo measurements | |
al-Alousi et al. | A non-invasive method for postmortem temperature measurements using a microwave probe | |
Bodén et al. | Non‐invasive identification of melanoma with near‐infrared and skin impedance spectroscopy | |
RU2307578C1 (en) | Differential diagnosis method for diagnosing benign and malignant mammary gland tumor cases | |
RU2306099C2 (en) | Aerial-applicator for non-invasive measuring temperature of biological object's internal tissues (versions) | |
JP3182601B2 (en) | Tissue type recognition method and apparatus therefor | |
RU2364327C1 (en) | Differential diagnostic technique for degree of manifestation of diffuse mastopathy | |
Sugitani et al. | Comparative study on dielectric constants and conductivities of invasive ductal carcinoma tissues | |
Tarek et al. | Multi frequency assessment of the electrical impedance myography parameters on 3D malignant breast | |
Wang et al. | Microwave breast imaging techniques and measurement systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20150202 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20150407 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20150902 |