UA70110C2 - Спосіб ранньої діагностики пухлинних захворювань молочної залози (варіанти) - Google Patents

Abstract

Винахід належить до галузі медицини і стосується способу ранньої діагностики пухлинних захворювань молочної залози, який включає вимірювання температури поверхні залоз контактним методом в багатьох точках для отримання карти розподілу температури по поверхні з використанням як термочутливих елементів телеметричних мікропроцесорних інтелектуальних датчиків, підключених через загальну трипровідну шину до персонального комп'ютера, отримання числових значень таких діагностичних параметрів, як температурна асиметрія просторово симетричних ділянок поверхні залоз, траєкторії ізотерм, локальні та інтегральні градієнти, середньозважені температури, й оцінювання діагностичних параметрів.

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до галузі медицини, а саме онкології і може бути використаний для поліпшення 2 процедури автоматизованого скринінга - масового профілактичного обстеження жіночого населення на наявність ознак пухлинних захворювань молочної залози.

Відомо, що рак молочної залози (РМЗ) - ведуча причина жіночої смертності (И.Н.Дьікан. Передовье технологии диагностики рака молочной железьї. - Здоровье женщинь, 2003, 2(14), с.131-132 |11). Щороку в світі реєструється більш ніж півмільйона нових випадків РМЗ. З них в нашій країні - більше ніж 14 тисяч. Кожну 70 годину в Україні за цієї причини вмирає одна жінка. У 2000 році захворюванність РМЗ по Україні становила 58.2 випадки на 100 тисяч жіночого населення (світовий стандарт - 37.3). Смертність на 100 тисяч жінок в нас в 1.5-2 рази вища, ніж в розвинутих країнах, і не має тенденції до зниження. Навпаки, за останні 10 років вона виросла вдвічі. При цьому в Україні досі немає програми масового мамографічного скринінгу і діагностики.

Єдиним надійним засобом боротьби з цим злом є раннє виявлення захворювання, на його доклінічній фазі, 12 коли розміри новостворення не перевищують 0.5-1см |М.М.Власова. Обоснование и принципь маммографического скрининга рака молочной железьі. - Тепа Меадіса, 2002, 2, с.20-21 |І21). В такому разі в результаті вчасно проведеного лікування 95956 хворих видужують. З метою раннього виявлення РМЗ в розвинутих країнах світу проводиться широкомасштабний скринінг жінок. Основним інструментом такого скринінгу є рентгенівська мамографія |1). Вона зарекомендувала себе як надійний і чутливий спосіб для виявлення пухлинних захворювань молочної залози. Досить часто використовуються також прилади безконтактної термометрії - тепловізори |Основьї клинической дистанционной термодиагностики. - "Здоров'я",

Киев, 1988 ІЗ)). При комплексному обстеженні разом з ультразвуковими та гістологічними дослідженнями вони дозволяють досить надійно діагнозувати рак молочної залози та інші пухлинні захворювання.

Способи діагностики, які варто застосовувати для широкомасштабного скринінгу, мають бути абсолютно с нешкідливими для здоров'я людини. З цієї точки зору рентгеномамографія не може бути застосована дуже часто, (3 тому що при передозуванні рентгенівського опромінювання виникає загроза виникнення індуційованого цим випромінюванням раку молочної залози.

Найбільш безпечними для здоров'я є термометричні методи - дистанційні та контактні. Відомо, що обмін речовин в пухлині значно більший, ніж в інших клітинах. На біохімічному рівні в пухлинній клітині о накопичуються вуглеводи ("пастка для глюкози"). Ці процеси супроводжуються значним виділенням енергії, що «- викликає підвищення температури у місці знаходження пухлини. Відомо також, що така температурна аномалія проецується на поверхню шкіри, причому розміри плями з підвищеною температурою на поверхні в декілька -- разів перевищують розміри самого джерела, і взагалі залежать від глибини розташування пухлини та її розміру. «з

Таким чином, по розподілу температури на поверхні шкіри можна судити про наявність або відсутність запалення 3о всередині, про розмір пухлини та її локалізацію. На цьому базуються термометричні методи діагностики. |В в статті О.О.Вишневського (мол), З.Б.Розенфельда та ін. "Диагностика рака молочной железь! с использованием фиксированньїх параметров термограмм". - Хирургия, Мо5, 1976, с.46-48 |4Ї| було показано перспективність використання якісно-кількісних методів оцінки термограм, отриманих за допомогою тепловізора, приведено « оцінку таких діагностичних параметрів як різниці температур між просторово симетричними точками термограми, З 50 площі термосмуг заданої температури, середньозважених температур та інших. Щодо контактної термометрії, с автори оцінювали її як малоперспективну перш за все завдяки численним похибкам за рахунок неякісного

Із» контакту між датчиком і об'єктом.

Для підвищення точності діагнозу проводились численні дослідження по розробці автоматизованих методів обробки термограм (Ю.Г.Стерлин. Цифровье методь обработки термограмм и перспективьї их дальнейшего развития, с.169-174; Р.Я.Вепхвадзе и др. Машинная термодиагностика опухолевьх процессов молочньїх желез, це. с.174-178; в кн. Тепловидение в медицине, ч.2, Ленинград, 1990, Государственньій оптический институт им. ав | С.И.Вавилова |51).

Але все це не дозволяло підняти рівень діагностичної достовірності на основі використання лише - термографічного метода вище 73-7595. Пошук подальшого вдосконалення термометричних методів відбувався в -к 70 напрямку активного впливу на теплові процеси в організмі. Зокрема, (по патенту Російської Федерациї

Мо2043074, Аб186/00, 10/00, 1992. відомий спосіб ранньої діагностики пухлинних захворювань молочної залози, с заснований на багаторазовому дистанційному термографіюванні з глюкозним навантаженням, по даним якого будують зони інформативності, які співпадають з природними межами молочних залоз, визначають ступінь асиметрії і відносного посилення сосудистого зображення, додаткові діагностичні температурні параметри і 29 характер змінення імовірнісного інтегрального критерію діагностичної значущості з подальшим віднесенням до

ГФ) одного з діагностичних класів: норма, мастопатія, підозра на рак. Цей спосіб дозволяє підвищити точність ранньої діагностики норми на 1095, мастопатії на бо, раку на 13905. о Відомий також спосіб миттєвої реєстрації розподілу теплового випромінювання біооб'єкта по просторовим координатам навколо нього, суть якого полягає в реєстрації розподілу температури, перетворенні його в 60 телевізійне зображення з подальшим його аналізом (а.с. СРСР Мо1804781, Аб185/00,19901. (По патенту Російської Федерації Мо2012216, Аб185/00, 19894 відомий пристрій для оцінки фізіологічного стану молочних залоз, заснований на вимірюванні тургора тканини молочних залоз, що є відображенням сумарного впливу на них всіх мамотропних гормонів та завдяки цьому характеризуючий більшу чи меншу імовірність розвитку в них проліферативних процесів. бо Оскільки при здійсненні скринінга треба обстежити велику кількість людей, процедура обстеження не повинна забирати багато часу. Крім того, спосіб має бути недорогим і простим в експлуатації. Нарешті, апаратура має бути компактною, щоб давати змогу працювати в режимі пересувних обстежувальних пунктів або лабораторій.

Між тим, тепловізори потребують досить великих обладнаних кондиціонерами приміщень, застосування кріогенної рідини (азоту), достатньо складної процедури калібровки апаратури тощо |5). Це робить дуже сумнівною перспективу їх використання для мамологічного скринінгу.

Для скринінгу потрібно мати змогу за найменший час і з найбільшою достовірністю отримувати температурну карту потрібної ділянки тіла. Для цього найбільше підходять саме контактні методи за умовою наявності великої кількості прикріплених до тіла термосенсорів. Спроби отримати температурні карти тіла людини через /о застосування контактних термосенсорів робилися неодноразово |Л.П.Булат, Д.Д.Гуцал, А.П.Мягкета,

М.Е.Чайнюк. Полупроводниковье термозлектрические тепломерь! для медико-биологических исследований. //

Тезисьі докладов ІМ Всесоюзной конференции "Тепловизионная медицинская аппаратура и практика ее применения". - Ленинград, октябрь 1988. - П224 |6). Ю.Н.Глухов, В.Н.Кошелев, О.Л.Перцов. Сравнительнье измерения температурьй кожи неконтактньми и контактньми методами. // Тезисьї докладов Всесоюзной 7/5 Конференции "Тепловизионная медицинская аппаратура и практика ее применения". - Фрунзе, апрель 1985. - 20Б. Г/Л). Але всі вони, через проблеми комутації, калібровки та розміщення сенсорів, обмежувалися лише декількома точками спостереження, і не могли бути придатними для вищевизначених цілей.

Як найбільш близький аналог-прототип, співпадаючий з заявленим винаходом по призначенню і ряду ознак, прийнятий спосіб для мамографіювання, заснований на вимірюванні температури поверхні шкіри пацієнта 2о завдяки послідовному позиціюванню датчика на ряді фіксованих точок, реєстрацію і обробку на комп'ютері отриманих даних з наступним формуванням зображення об'єкту на екрані монітора (патент Російської Федерації

Мо2210303, Аб6185/01,7.06.2000, Бюл. Мо23, 20.08.2003. (8).

До недоліків цього методу можна віднести досить кропітку і тривалу процедуру отримання температурної карти послідовним пересуванням датчика по фіксованих точках. Для скорочення процедури отримання с г5 первинних даних автори пропонують в кожній точці реєструвати функцію залежності температури від часу на крутій її ділянці, не чекаючи встановлення температурної рівноваги між датчиком і об'єктом. Реальна і) температура знаходиться асимптотично на основі попередньо встановленої аналітичної форми кривої змінення показань температурного датчика від часу при його нагріві від шкіри пацієнта. Такий підхід не є прямим вимірюванням і може призводити до непередбачених та невизначуваних похибок. Крім того, методика, о зо заснована на численних пересуваннях датчика по поверхні залози, не сприяє її використанню для мамографічного скринінгу. --

Загальними ознаками прототипу і винаходу, що заявляється, стосовно до задачі отримання температурної «- карти молочних залоз є наступні: вимір температури контактним способом; о вимір температури багатьох точок поверхні шкіри з метою отримання карти розподілу температури по ча поверхні залоз; конструювання зображення температурної карти на екрані монітора і оцінка діагностичних параметрів.

В основу винаходу поставлена задача розробки безпечного для здоров'я, зручного та надійного способу скринінгового обстеження жінок на наявність раку та інших захворювань молочної залози. Технічний результат «

Від використання винаходу полягає в підвищенні точності та швидкості формування температурних карт, в тому //7-З с числі обох залоз при рівних умовах, що сприяє більш продуктивному використанню переваг диференційної діагностики при скринінговому обстеженні населення. ;» Поставлена задача вирішується завдяки застосуванню сучасної системи контактної термометрії великих площ поверхні тіла шляхом використання термосенсорів на базі інтелектуальних датчиків температури,

Візуалізації зображення температурних карт і математичної обробки первинних термограм. Ця система дає змогу -І наблизитися до ідеальної ситуації, коли велика кількість сенсорів щільно покриває поверхню обох залоз і всі сенсори одномиттєво передають інформацію про температуру в комп'ютер. Задача швидкого отримання о температурних карт молочних залоз вирішується шляхом використання кількох матриць температурних сенсорів, - різних за розмірами, конструкцією та кількістю розташованих на них сенсорів. Конструктивне виконання матричних термодатчиків може бути різним, але всі вони мають забезпечувати надійний контакт з поверхнею - тіла так саме як і зручність їх позиціювання на тілі. Зокрема, ці матриці можуть бути виконані у вигляді о еластичних бюстгальтерів, на внутрішній поверхні котрих розміщуються окремі термосенсори. Суттєвою відзнакою є те, що на поверхні матриць розміщуються напівпровідникові температурні сенсори, що являють собою спеціалізовані мікропроцесори, здатні вимірювати температуру навколишнього середовища, ов перетворювати її в цифровий код і надсилати цей код до комп'ютера (А.С.Карначев, В.А.Белошенко,

В.И.Титиевский. Микролокальнье сети. // Донецк. - Норд Компьютер. -2000. - 199с.(91). Всі ці операції

Ф) виконуються сенсорами за командами з комп'ютера. Сенсори мають робочий діапазон температур від -5592С до ко -1259С, температурну чутливість 0.062С і не потребують калібровки, бо вже мають всі необхідні поправки, зашиті в їх внутрішній пам'яті. Розмір одного сенсора ЗхЗхімм. Всі сенсори, скільки б їх не було на матриці, 60 підключені до єдиної трьохпровідної шини, яка зв'язує їх з комп'ютером. Теплова інерційність такого сенсора не перевищує 10-15 секунд. Найбільша матриця, котра має покривати одночасно обидві залози, налічує кілька сотень сенсорів, розташованих на рухомих стержнях, здатних, для кращого прилягання до поверхні залози, пересуватися уздовж своєї подовжньої осі.

Задача вирішується двома винаходами, зв'язаними єдністю задачі. 6Е В варіанті 1 жінка що обстежується розміщується горизонтально. На область молочних залоз зверху опускається пересувна рамка з матрицею рухомих стержнів, які входять в контакт з поверхнею шкіри.

Вмикається комп'ютерна програма реєстрації температурних показань сенсорів, яка з періодом в одну секунду фіксує кадри розподілу температури по поверхні залоз - температурні карти. Ця процедура триває до стабілізації температурної карти, тобто до здобуття температурної рівноваги між поверхнею шкіри і сенсорами матриці (10-15 секунд). Отримана таким чином картина динаміки розподілу температури запам'ятовується комп'ютером у вигляді набору кольорових або чорно-білих зображень температурних карт та числових параметрів. За діагностичні параметри прийнято сучасні найбільш інформативні, такі як температурна асиметрія просторово симетричних ділянок поверхні залоз, траєкторії ізотерм, площі температурних смуг, локальні та інтегральні градієнти, середньозважені температури тощо. В разі потреби може бути використаний і цілий ряд 7/0 Інших параметрів, що забезпечують додаткову інформацію для уточнення діагнозу.

В варіанті 2 провадиться термометрія окремих ділянок молочних залоз. Цей спосіб особливо корисний, коли виникає потреба уточнити розміщення, розмір та форму пухлини, для чого необхідно отримати кілька термокарт під різними ракурсами. Для цього застосовуються невеликі матриці, що налічують кілька десятків сенсорів. Ці матриці обладнані теплоізоляційними ручками, і оператор може тримати їх у руці, притискуючи до ділянки що 7/5 обстежується. При цьому процедура отримання температурного розподілу може включати декілька послідовних позиціювань, в результаті чого конструюється мозаїчна картина температурного розподілу обстежуваної ділянки.

Для виміру температури лімфовузлів передбачені окремі сенсори (тобто матриці, що обладнані лише одним сенсором).

Перераховані ознаки складають сутність винаходу, тому що є необхідними в будь-яких варіантах реалізації 2о винаходу і достатніми для досягнення поставленої задачі.

Причинно-наслідковий зв'язок відмітних ознак винаходу в досягненні технічного результату полягає в наступному: - високій точності інтелектуальних датчиків, ідентичності їх властивостей; - виключенні будь-яких калібровок датчиків, можливості використання великої їх кількості без сч індивідуальних калібровок і зниження точності; - малій інерційності датчика, що дозволяє досить швидко досягати температурної рівноваги з об'єктом; (8) - безпосередньому зв'язку з комп'ютером на рівні двоїчних кодів, що прискорює оперативну цифрову обробку зображення; - використанні лише трьох провідників для зв'язку будь-якої кількості датчиків з комп'ютером, що о зо забезпечує зручність і компактність методу; - обробці зображень в режимі реального часу, що забезпечує можливість формалізації діагностичних (7 параметрів і автоматизації первинної діагностики. «-

Запропонований спосіб дозволяє підвищити достовірність діагностики до 85905.

Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходу. о

Апробація способу проводилася в міській лікарні Мо2 м.Донецька. Було обстежено 104 жінки. У 44 (42.3965) М виявлено різну патологію молочних залоз. В тому числі встановлена фіброзно-кістозна мастопатія у 28 жінок, фіброаденома у 8, фіброаденоматоз у 4, підозра на рак молочної залози у З хворих, ліпома у однієї жінки.

Виявлена патологія підтверджена об'єктивним обстеженням, рентгеномамографією, сонографією та гістологією.

На Фіг.1-4 наведені зразки термограм, отриманих запропонованим способом по варіанту 2. Термограми знято « за допомогою квадратної матриці, яка налічує 36 датчиків (бхб), розташованих на ній на відстані їсм один від пт») с одного. Таким чином, за одне позиціювання перекривалася площа Збкв.см, а набір температури тривав 10-15 й секунд. Кожна з наведених термограм складається з шоста фрагментів для кожної залози, отриманих шляхом «» послідовних суміжних позиціювань матриці датчиків на поверхні залози. Таким чином, повна термограма за цим мозаїчним способом знімається не більше ніж за З хвилини (залежить від розміру залози). Біла вертикальна

Лінія в центрі термограм - це вісь симетрії (грудинна область). Зображення правої залози на термограмах -і зліва, а лівої - справа. Зони підвищеної температури внизу - це проявлення звичайної гіпертермії підгрудних зморшок, які не впливають на діагноз. о На Фіг.1 показано термограму здорової жінки 33 років. Вона демонструє температурну симетрію (асиметрія, - тобто максимальна різниця між температурами просторово симетричних точок правої і лівої залоз, не перевищує 9.66. - На Фіг.2 показано термограму молочних залоз жінки 54 років, яку було прооперовано на рак молочної залози с (РМЗ). Пухлину було вирізано з лівої залози (на термограмі це права сторона). В верхньому зовнішньому квадранті правої залози (на термограмі - зліва) видно пляму з підвищеною температурою. Температурна асиметрія з аналогічною точкою лівої сторони сягає 2.42, що дає підставу для підозри на РМ3.

Термограма на Фіг.3 демонструє приклад вузлової форми аденоми правої молочної залози. Температурна о асиметрія тут не перевищує 1.626.

На Фіг.4 зафіксовано випадок рецидиву захворювання на РМЖ. Деякий час тому у жінки було повністю їмо) видалено праву залозу. Термограма показує наявність нових очагових зон гіпертермії зліва (це новостворення), а також різку гіпертермічну зону на місці видаленої правої залози, що говорить про рецидив захворювання. Цей бо рецидив іншими методами діагностики (рентгеномамографією та сонографією) не було виявлено.

Таким чином, наведені приклади наявно демонструють, що запропонований нами метод здатний виявити всі температурні аномалії, які в сучасній медицині використовуються для діагностики пухлинних захворювань молочних залоз. При тому він має такі переваги, як нешкідливість для здоров'я, простота користування, зручність, мобільність, компактність. Крім того, він значно дешевший за інші. Всі ці якості можуть зробити 65 Цей метод цінним для вирішення задачі мамологічного скринінгу.

Claims (5)

Формула винаходу

1. Спосіб ранньої діагностики пухлинних захворювань молочної залози, що включає вимірювання температури поверхні залоз контактним методом в багатьох точках для отримання карти розподілу температури по поверхні, конструювання зображення температурної карти на екрані монітора й оцінювання діагностичних параметрів, який відрізняється тим, що як термочутливі елементи використовують телеметричні мікропроцесорні 70 інтелектуальні датчики, підключені через загальну трипровідну шину до персонального комп'ютера, розміщені з можливістю незалежного осьового переміщення на спільному матричному сенсорі, який одночасно перекриває всю поверхню обох молочних залоз, при горизонтальному положенні пацієнта датчики матричного сенсора зводять до одночасного з рівним зусиллям контакту зі всією поверхнею обох залоз, вмикають комп'ютерну програму реєстрації температурних показань датчиків, яка з періодом в 1 секунду фіксує кадри розподілу /5 Температури до досягнення температурної рівноваги в місці контакту, отримують чорно-білі або кольорові зображення температурних карт, а також числові параметри у вигляді набору таких діагностичних параметрів як температурна асиметрія просторово симетричних ділянок поверхні залоз, траєкторії ізотерм, локальні та інтегральні градієнти, середньозважені температури, тощо, за якими визначають відхилення від норми.

2. Спосіб ранньої діагностики пухлинних захворювань молочної залози, що включає вимірювання ор температури поверхні залоз контактним методом в багатьох точках для отримання карти розподілу температури по поверхні, конструювання зображення температурної карти на екрані монітора й оцінювання діагностичних параметрів, який відрізняється тим, що послідовно на заданих ділянках поверхні кожної молочної залози позиціонують і прикладають до поверхні шкіри з, по суті, однаковим зусиллям матричний сенсор вибраної форми та розміру з укріпленими на ньому 4-100 інтелектуальними датчиками, підключеними через загальну трипровідну сч ов шину до персонального комп'ютера, досягають температурної рівноваги, конструюють мозаїчну картину розподілу температури на вибраних ділянках обох залоз, на основі отриманих даних розраховують потрібні (о) діагностичні параметри, за якими визначають відхилення від норми.

З. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що як основні діагностичні параметри використовують температурну асиметрію просторово симетричних ділянок поверхні залоз, траєкторії ізотерм, локальні та інтегральні о зо градієнти температури, середньозважені температури.

4. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що час досягнення температурної рівноваги датчика в місці «- контакту не перевищує 10-15 секунд. «-

5. Спосіб за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що як додатковий діагностичний параметр використовують температуру лімфовузлів, яку вимірюють окремим поодиноким датчиком. о і -

- . и? -і («в) - - 70 (42) іме) 60 б5