WO2014137246A1 - Способ обнаружения новообразований в молочной железе и маммограф - Google Patents

Способ обнаружения новообразований в молочной железе и маммограф Download PDF

Info

Publication number
WO2014137246A1
WO2014137246A1 PCT/RU2014/000142 RU2014000142W WO2014137246A1 WO 2014137246 A1 WO2014137246 A1 WO 2014137246A1 RU 2014000142 W RU2014000142 W RU 2014000142W WO 2014137246 A1 WO2014137246 A1 WO 2014137246A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
mammary gland
hemisphere
mammograph
electrode
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000142
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Георгиевич ИВАНОВ
Петр Васильевич ПАСЕЧНИК
Владимир Васильевич САВВИН
Валентин Викторович ШАПОВАЛОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Бтс Лэти"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Бтс Лэти" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Бтс Лэти"
Publication of WO2014137246A1 publication Critical patent/WO2014137246A1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0536—Impedance imaging, e.g. by tomography
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/43—Detecting, measuring or recording for evaluating the reproductive systems
    • A61B5/4306—Detecting, measuring or recording for evaluating the reproductive systems for evaluating the female reproductive systems, e.g. gynaecological evaluations
    • A61B5/4312—Breast evaluation or disorder diagnosis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2505/00—Evaluating, monitoring or diagnosing in the context of a particular type of medical care
    • A61B2505/07—Home care

Definitions

  • the present invention relates to the field of medical diagnostics, in particular to methods based on measuring the electrical conductivity of a part of the human body, and can be used to detect neoplasms in the mammary gland in women.
  • the invention discloses an electrical impedance mammograph, which can be used by the patient independently at home.
  • Electro-impedance mammographs are a relatively new type of medical device designed to diagnose, primarily, breast cancer in women. Unlike widespread x-ray mammographs, electrical impedance mammographs, only slightly inferior to the best examples of x-ray mammographs in the resolution of detection of neoplasms in breast tissue, are significantly superior to the latter in many other respects. First of all, this is absolute radiological safety for the patient, which allows the use of electrical impedance mammographs to examine women of all age groups without exception. In addition, the radiological safety of electrical impedance mammographs allows them to be used not only as a tool for annual screening examinations, but also as a means of dynamic observation (monitoring) in the process of disease development and treatment.
  • Mammological examination of a woman using an electric impedance mammograph is painless and absolutely safe also regarding the possibility of electric shock, since it is carried out using low voltage values and measuring currents.
  • the principle of operation of the electric impedance mammograph is based on the identification of areas in the breast tissue that differ from other parts of the gland tissue with a higher value of electrical conductivity. It is known that the electrical conductivity of tissue affected by cancer is higher than the electrical conductivity of healthy tissue. This circumstance makes it possible to effectively detect oncological neoplasms against the background of healthy breast tissue.
  • a known electric mammograph is described in the patent for invention RU 2153285C1 (A61 B5 / 05, publ.
  • the known mammograph contains a flat matrix of 256 electrodes, two indifferent electrodes, an electronic unit connected to a computer.
  • the electrode matrix When examining a patient, the electrode matrix is pressed tightly against the mammary gland, flattening the gland on the patient’s chest. After that, alternately through each of the 256 matrix electrodes and a pair of indifferent electrodes placed on the patient's palms (or wrists), the measuring current is passed.
  • the values of the voltage drop between the selected pairs of other matrix electrodes are measured and, using a computer that implements the process of reverse restoration of projections along equipotential lines, a picture of the distribution of electrical conductivity in the selected layer of breast tissue is constructed.
  • the mammograph allows you to build a picture of the distribution of electrical conductivity for seven selectable layers.
  • Each of the seven paintings of the choice of the examining physician is displayed on a computer display.
  • the picture has the form of dark and light areas distributed in the plane of the display screen. Dark areas correspond to areas of healthy breast tissue, and light areas correspond to areas of tissue suspicious for cancer.
  • the electric impedance computer mammograph described in the patent for utility model RU 66932U1 and the method for reconstructing the electrical conductivity image of breast tissue underlying its functioning are selected by the applicant as prototypes of the claimed group of inventions: a method for detecting neoplasms in the mammary gland and a device for its implementation - electrical impedance mammograph.
  • the resolution of the MEIK electric impedance mammograph is from 3 m to 5 mm, which is close to that of an x-ray mammograph and quite sufficient for its use in clinical practice.
  • the resolution of the MEIK electric impedance mammograph is from 3 m to 5 mm, which is close to that of an x-ray mammograph and quite sufficient for its use in clinical practice.
  • due to the great methodological and computational complexity of the method for detecting neoplasms and places of their localization in the mammary gland, implemented in the MEIK mammograph it has a high cost, and for its use quite high demands are placed on the qualifications of the attendant medical personnel.
  • mammologists believe that for the timely detection of breast cancer, its screening should be performed at least 1 time per month.
  • the indicated examination is most advisable to carry out in a certain phase of a woman’s natural physiological cycle.
  • the problem to which the present invention is directed is to create a simple and reliable method for detecting neoplasms in the mammary gland and, based on it, an easy-to-use mammograph for a woman to independently screen the mammary glands at home.
  • One object of the invention is a method for detecting neoplasms in the mammary gland, which consists in applying four electrodes to the mammary gland, placing them at an equal distance from each other along a circle whose length does not exceed the length of the circumference of the mammary gland at a specified height from the base of the gland, so that the electrodes conditionally divide the mammary gland into four quadrants. Then, the measuring current is passed twice through a pair of diametrically opposite electrodes that perform the function of current electrodes, while alternately grounding one of these electrodes and simultaneously measuring the potential difference between the other pair of electrodes that perform the function of potential electrodes and located on a line orthogonal to the current electrode installation line.
  • the result of each measurement of the potential difference is stored as referring to two quadrants of the mammary gland, adjacent to a grounded current electrode.
  • the results of two measurements of the potential difference are compared with each other in terms of absolute value, and with a difference in their absolute values exceeding the established threshold, the presence of a neoplasm with a location in the region of those two quadrants of the mammary gland corresponding to a larger absolute value of the measured potential difference is judged.
  • the observed pattern of the distribution of the voltage drop on the surface of the mammary gland can be symmetric or asymmetric with respect to the electrode installation lines. If the tissue of the mammary gland is essentially uniform in electrical resistance in the entire volume of the mammary gland, then the distribution pattern of the voltage drop is also symmetrical. If in the volume of the mammary gland there are sections that are heterogeneous in electrical resistance, then the distribution pattern of the voltage drop becomes asymmetric.
  • the established height of the application of the electrodes to the mammary gland is taken equal to zero. This actually means that the electrodes are applied essentially at the base of the gland. This location is sufficient to detect neoplasms in the mammary gland of average size. A precise indication of the location of the electrodes on the base of the gland helps the woman to properly orient the electrodes during an independent examination of her breast.
  • a value equal to 5 mV is adopted as the set threshold.
  • a threshold of this level reduces the likelihood of false detections due to random symmetry violations. distribution patterns of voltage drop on the surface of the mammary gland, for example, due to random mutual displacement of the electrodes.
  • the method provides the ability to perform a repeated measurement cycle and process their results.
  • a repeated cycle of the mentioned measurements is performed and their results are processed under the conditions of interchange of the functions of the current and potential electrodes, while the quadrant is taken as the location of the neoplasm, which is the same for the neoplasm localization sites established in the main and repeated measurement cycles.
  • the asymmetry of the distribution pattern of the voltage drop on the surface of the mammary gland due to the presence of neoplasm in its tissue also manifests itself.
  • the asymmetry of the distribution pattern of the voltage drop on the surface of the mammary gland is repeated for those quadrants of the mammary gland where the neoplasm is localized.
  • a repeated measurement cycle and an assessment of the asymmetry of the pattern of the distribution of the voltage drop across the surface of the mammary gland during the interchange of current and potential electrodes allows us to confirm the presence of neoplasms in the gland tissue, i.e., to increase the reliability of detection of neoplasms.
  • the orthogonal orientation of the voltage drop distribution pattern observed during the repeated measurement cycle leads to the narrowing of the possible location of the neoplasm. Instead of two quadrants of possible localization of the neoplasm, only one quadrant remains the most likely place for its localization. This increases the accuracy of determining the location of the neoplasm in the mammary gland.
  • Another object of the invention is an electric impedance mammograph, comprising an electrode unit connected through a controlled multiplexer-demultiplexer with a measuring current generator and a voltage meter and analog-digital connected in series converter.
  • the mammograph also contains a control microprocessor associated with a controlled multiplexer-demultiplexer, a RAM unit and an analog-to-digital converter, an indicator unit connected to the control processor via a controlled multiplexer-demultiplexer and a manual control unit associated with the control microprocessor.
  • the mammograph also includes an autonomous power source associated with all functional units of the device.
  • the mammograph in accordance with the present invention can be made in the form of a small-sized electronic device with autonomous power. Such a device can be used by a woman to independently examine her mammary glands.
  • the program of operation of the device incorporated in the control microprocessor in conjunction with its functional units listed above ensures the implementation of the measurement algorithm and the computational processing of their results in accordance with the procedures provided for by the method for detecting neoplasms in the mammary gland in accordance with the present invention.
  • the electrode block can be made in the form of a detachable structural element and is connected electrically to the multiplexer-demultiplexer via a detachable connection.
  • This embodiment of the mammograph allows you to complete it with a set of electronic blocks differing in size. Such a complete set seems rational, since the mammary glands of women are very diverse in size.
  • the electrode block can be made containing a hollow dielectric hemisphere with four flat metal electrodes mounted on its inner surface, located at the vertices of a square whose diagonal is equal to the diameter of the hemisphere.
  • the length of the large circumference of the hemisphere does not exceed the circumference of the mammary gland at its base.
  • Each electrode is equipped with a separate electrical outlet, the area of each of the electrodes does not exceed 0.4 cm 2 , and its plane protrudes above the plane of the inner surface of the hemisphere by no more than 5 mm.
  • This form of execution of the electrode block provides its sufficient ergonomics in relation to the mammary gland. At the same time, the necessary structural rigidity is ensured, thereby achieving reliable spatial fixation of the electrodes and, thereby, possible diagnostic errors are reduced due to the mutual spatial displacement of the electrodes when installing the electrode block on the mammary gland.
  • its indicator block can be made in the form of four LEDs mounted on the outside of the electrode block, with each of the LEDs installed in one of the corresponding quadrants into which the electrodes divide the surface of the electrode block.
  • the electrode block contains additional groups of electrodes, each of which includes four electrode mounted on the inner surface of the hemisphere, located at the vertices of squares, the planes of which are parallel to the section plane of the hemisphere, and the distances between the electrodes of neighboring groups along the arc of a large hemisphere circle is at least 0.5 cm.
  • This form of the device allows you to evaluate the asymmetry of the distribution pattern of the voltage drop across the surface of the breast, not only when the electrodes are installed at the level of the base of the gland, but also at the levels of several of its sections parallel to the surface of the chest of the woman. Such an installation helps to increase the accuracy of detection of neoplasms in the mammary glands, having a volume exceeding the average.
  • FIG. 1 is a sectional view of a mammograph.
  • FIG. 2 shows a functional electrical diagram of a mammograph.
  • FIG. Figure 3 shows the distribution of the lines of the measuring current in the volume of the mammary gland and the potential difference on its surface in the absence of neoplasms with grounding of the first current electrode.
  • FIG. Figure 4 shows the distribution of the lines of the measuring current in the volume of the mammary gland and the potential difference on its surface in the absence of neoplasms with the grounding of the second current electrode.
  • FIG. Figure 5 shows a picture of the distribution of the lines of the measuring current in the volume of the mammary gland and the potential difference on its surface in the presence of a neoplasm with grounding of the first current electrode.
  • FIG. Figure 6 shows the distribution of the lines of the measuring current in the volume of the mammary gland and the potential difference on its surface in the presence of a neoplasm with grounding of the second current electrode.
  • FIG. Figure 7 shows the pattern of the distribution of the lines of the measuring current in the volume of the mammary gland and the potential difference on its surface in the presence of a neoplasm and with the interchange of current and potential electrodes with grounding of the first current electrode.
  • FIG. Figure 8 shows a picture of the distribution of the lines of the measuring current in the volume of the mammary gland and the potential difference on its surface in the presence of a neoplasm and with the interchange of current and potential electrodes with grounding of the second current electrode.
  • the mammograph contains a handle holder 1, rigidly or through a detachable electrical connection (not shown in Fig. 1) connected to the electrode unit 2, having the form of a hollow dielectric hemisphere 3.
  • a hemisphere is understood to mean a shape similar to a segment of a sphere and close in shape to the outer surface breasts of a woman.
  • Various mammograms can be performed with electrode blocks 2 having different internal volumes of the dielectric hemisphere 3. This allows a woman to choose a mammograph with an electrode block 2 that is most suitable for the volume of her mammary gland.
  • the mammograph can have replaceable electrode blocks 2 with different sizes of the hemisphere 3.
  • the blocks are mechanically connected to the handle-holder 1 using a detachable electrical connection.
  • Such a design allows the use of a mammograph as a home device in those families in which there are women with different mammary glands in volume.
  • Electrodes 4, 5, 6 and 7 are installed on the inner surface of the dielectric hemisphere 3 near its edge (electrode 7 is located in the alignment of electrode 6 and therefore is not visible in Fig. 1).
  • the electrodes 4, 5, 6 and 7 have an area of the order of 1 cm 2 and are mounted in the material of the hemisphere 3 so that their flat surfaces are essentially parallel to the inner surface of the hemisphere 3 and protrude no more than 5 mm above it.
  • Electrodes 4, 5, 6 and 7 made or coated with a non-oxidizing metal, preferably gold. All electrodes are installed at an equal distance from each other along the circumference of the hemisphere 3 edge. This corresponds to the vertices of the square inscribed in the hemisphere 3.
  • the electrodes 4, 5, 6 and 7 can be installed not only near the hemisphere 3 edge, but also in the plane of its cross section parallel to the edge, but shifted toward the top of the hemisphere 3 by a distance of several centimeters along the arc of the large circle of the hemisphere 3.
  • the principle of placing the electrodes at the vertices of the square inscribed in the hemisphere 3 is preserved, although it has of smaller dimensions. This form of execution avoids possible errors in the detection of neoplasms in the mammary gland, which have dimensions that differ significantly from the average.
  • the electrodes 4, 5, 6 and 7 are divided into two groups 8 and 9 (see Fig. 2), each of which is formed by two diametrically opposite electrodes. Groups 8 and 9 are electrically connected to the multiplexer-demultiplexer 10 of the electronic unit 11 (see Fig. 1), placed in the cavity of the handle-holder 1.
  • the electrodes of both groups 8 and 9 are connected through a multiplexer-demultiplexer 10 to a voltage meter 12 and a controlled measuring current generator 13.
  • the output of the voltage meter 12 through an analog-to-digital converter (ADC) 14 is connected to the microprocessor 15.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the latter processes a digital signal corresponding to the measured values of the potential difference between the electrodes (hereinafter referred to as voltage) and generates control signals for the multiplexer-demultiplexer 10.
  • the output of the microprocessor 15 It is also connected with a light indicator 16, visible through a window in the handle-holder 1, and an audio indicator 17.
  • the light indicator 16 can be made in the form of four LEDs 18, 19, 20, and 21 (Fig.
  • each of the LEDs 18, 19, 20 and 21 is installed in one of the corresponding quadrants, on which the electrodes 4, 5, 6 and 7 divide the surface of the electrode block 2.
  • the power supply of the above functional units of the mammograph is carried out from an autonomous the power source 22 (battery or rechargeable battery) through a manually controlled switch 23 of the power source 22.
  • the switch 23 is equipped with a button 24 mounted on one side of the holder-holder 1 (Fig. 1), which, in turn equipped mechanical or electronic trigger state memory device (not shown in Fig. 1 - 2).
  • the examination of the mammary gland begins with the fact that the woman, holding the mammograph by the handle-holder 1, places her mammary gland in the hemisphere 3 of the electrode unit 2.
  • the electrodes 4, 5, 6 and 7 come into electrical contact with the skin of the breast.
  • all the functional units of the mammograph receive power from the source 22, and they begin to function in accordance with the program installed in the microprocessor 15.
  • the multiplexer-demultiplexer 10 starts switching the electrodes of groups 8 and 9.
  • the switching of the electrode groups 8 and 9 carried out by the multiplexer-demultiplexer 10 is such that initially the electrodes of one group, for example, the diametrically opposite electrodes 4 and 5 of group 8, are connected to different poles of the controlled measuring current generator 13, one of which is currently grounded. Such electrodes connected to the generator 13 are called current or injection electrodes. And the electrodes of another group 9, respectively, the electrodes 6 and 7, at this moment are connected to different poles of the voltage meter 12. Such electrodes are called potential or measuring. At this moment, between the electrodes 4 and 5 applied to the mammary gland for a certain set period of time, for example, for 1 s, a measuring current flows through the breast tissue. An alternating electric current is used with a power of about 1 mA and a frequency of 5-50 kg c.
  • the difference between the voltage values U2 and U3, measured by meter 12 will be zero or close to zero due to the possible presence of some mechanical asymmetry of the application of electrodes 6 and 7 or asymmetry of the electrical parameters of the breast tissue itself.
  • the multiplexer-demultiplexer 10 commits electrodes 4 and 5 upon the command of microprocessor 15.
  • the connection of these electrodes to the poles of the controlled generator changes 13 measuring current.
  • An electrode that was previously connected to the potential pole of the generator 13 is grounded, and an electrode that was previously grounded becomes potential.
  • the distribution pattern of the voltage drop on the surface of the breast is completely symmetric for different “directions” of the measuring current flow.
  • the latter if the measured value of the voltage difference exceeds a predetermined threshold, for example 5 mV, generates an inhomogeneity detection signal supplied to the sound indicator 17 electrical resistance in breast tissue, i.e., the presence of a neoplasm in it 27.
  • a predetermined threshold for example 5 mV
  • the large absolute difference in stress corresponds to those two adjacent quadrants of the projection of the mammary gland in which the neoplasm 27 is localized.
  • the first and fourth quadrants in accordance with the numbering procedure mentioned above) will be the detected place of its localization.
  • the microprocessor 15 compares the voltage differences ⁇ and ⁇ 2 with each other and, in accordance with the software-established rule, generates for the visual indication unit 16 a corresponding signal indicating the location of the detected neoplasm 27.
  • the multiplexer-demultiplexer 10 upon the command of the microprocessor 15, reconnects the electrodes 4 and 5 and the electrodes 6 and 7.
  • the electrodes 6 and 7 become current and are connected to the measuring current generator 13, and the electrodes 4 and 5 become potential and are connected to the voltage meter 12.
  • the above two measured cycles are repeated minutes with alternate "ground” of each of the electrodes 4 and 5 and measuring the potential difference between the electrodes 6 and 7.
  • ⁇ 3
  • Ui - U2I and ⁇ 4 IU3 - U 4
  • the microprocessor 15 if at least one of the differences ⁇ 3 or ⁇ 4 exceeds the set threshold of 5 mV, the microprocessor 15 generates a signal for detecting electrical resistance inhomogeneity in the breast tissue supplied to the sound indicator 17, indicating the presence of a neoplasm 27 in it. This provides confirmation the fact of the detection of neoplasm 27, performed in the first two cycles of measurements.
  • the microprocessor 15 can be programmed so that the formation of the detection signal is performed only when exceeding the set threshold of 5 mV by at least two of the four differences ⁇ - ⁇ , ⁇ 2, ⁇ 3 and ⁇ 4 .
  • the large absolute difference ⁇ 3 or ⁇ 4 corresponds to those two adjacent breast quadrants in which the neoplasm 27 is localized.
  • the third and fourth quadrants in accordance with the numbering procedure mentioned above will be the detected place of its localization.
  • the fourth quadrant is defined twice as the possible location of the neoplasm 27.
  • the microprocessor 15 analyzes this result and, in accordance with the software-established rule, generates a signal indicating one localization quadrant of the detected neoplasms 27.
  • the visual indication unit 16 can be made in the form of four LEDs 18, 19, 20 and 21 (Fig. 1) installed on and the outer surface of the hemisphere 3 in each of the four quadrants of the hemisphere. One of the LEDs 18, 19, 20, and 21 is turned on, referring to the quadrant in which the detected neoplasm 27 is localized. The LED remains on until the mammograph is completely turned off by pressing the 24 key on the holder 1.
  • the claimed method allows to detect a neoplasm in the mammary gland of a woman and determine its localization accurate to the quadrant of the projection of the gland onto the plane of the chest. Moreover, all operations to detect and determine the localization of tumors using a mammograph are performed by the woman herself at home. The detection process takes a few seconds. The detection process is painless and completely safe.
  • the method in accordance with the invention was subjected to experimental verification. At the same time, an experimental assessment was made of the resolution of the method for detecting neoplasms in the mammary gland.
  • an electrical impedance model of the mammary gland was used.
  • powdered agar-agar was used, 20 g of which were dissolved in one liter of a hypotonic (0.3%) physiological solution, heated to 90 ° C and located in a plastic conical vessel. A small volume of dissolved agar-agar was also poured into a specially made cylindrical conductometric cell used to control the electrical conductivity of the resulting model solution.
  • the specific electrical resistance of the cone material calculated for the indicated temperature value, is 9 Ohm m. This value corresponds to It corresponds to the theoretically expected value of the electrical resistivity of breast tissue, as the average value between the electrical resistivity of muscle and adipose tissue.
  • Such a result also indicates that laboratory modeling of the processes of detecting neoplasms in the mammary gland can be completely correctly performed at room temperature, i.e., with a specific resistance of the gel-like material equal to 11.5 Ohm m.
  • the electric impedance model of the mammary gland was placed in a dielectric ring, which was tightly adjacent to the generatrix of the cone near its base.
  • the width of the ring measured along the generatrix of the cone, was 20 mm.
  • metal electrodes were inserted. As the latter, current-collecting elements from standard pediatric chest ECG electrodes were used.
  • the electrodes were made of chrome-plated brass.
  • the diameter of the electrodes was 12 mm.
  • Each electrode was equipped with a standard “shank” for connecting an electrical conductor. 4 electrodes were installed at an equal distance from each other along the circumference of the ring, as shown in FIG. 3.
  • the measurements were carried out using a breadboard model of a generator-amplifier unit of a mammograph and a standard digital voltmeter of alternating voltage VZ-71/1. The latter was connected to the bus of the mentioned block.
  • the frequency of the measuring current generated by the generator of the mammoth breadboard model was 10 kHz.
  • the strength of the measuring current did not exceed 1 mA.
  • the voltage difference between the electrodes 6 and 7 was measured (see Fig. 3) in the absence of a breast model in the volume heterogeneities of the electrical resistance of her tissue, which would be a model of “neoplasm” (first series of measurements). Repeated measurements of this difference showed that its absolute value, that is, the "background” (noise) asymmetry of the distribution of the voltage drop on the surface of the model of the mammary gland, ranges from 1 + 4 mV.
  • a simulation of "neoplasms" in breast tissue was performed.
  • a syringe injection of a solution with high electrical conductivity was made into the electrical impedance model of the mammary gland. Isotonic (0.9%) saline was used.
  • the specific electrical resistance of such a solution was 1.6 Ohm m, which corresponds to the specific electrical resistance of the blood and adequately simulates the conditions for vascularization of malignant neoplasms in breast tissue.
  • the volume of the injected solution was 3.4 mm 3 (which corresponds to the linear size of the "neoplasm" of about 1.5 mm).
  • the depth of the solution was 20 mm (from the generatrix of the surface of the cone).
  • the injection site was selected in the upper left quadrant, as shown in FIG. 5.
  • the described mammograph can be manufactured in mass industrial production, and the method in accordance with the invention is easily reproducible at home and does not require special medical skills.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Gynecology & Obstetrics (AREA)
  • Reproductive Health (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

Способ основан на использовании электроимпедансных измерений. Реализующий способ маммограф характеризуется повышенной простотой использования, комфортностью для пациентки и абсолютной радиологической и электрической безопасностью. Оба объекта группы изобретений позволяют обеспечить получение нового рыночного продукта - бытового маммографа для домашнего применения. Такой продукт может использоваться как инструмент профилактической медицины, обеспечивающий раннее обнаружение рака молочной железы у женщин.

Description

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НОВООБРАЗОВАНИЙ
В МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЕ И МАММОГРАФ ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретений относится к области медицинской диагностики, в частности к методам, основанным на измерении электрической проводимости части тела человека, и может быть использовано для обнаружения новообразований в молочной железе у женщин. Изобретение раскрывает электроимпедансный маммограф, который может быть использован пациенткой самостоятельно в домашних условиях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Электроимпедансные маммографы представляют собой сравнительно новый вид медицинских приборов, предназначенных для диагностики, прежде всего, онкологических заболеваний молочных желез у женщин. В отличие от широко распространенных рентгеновских маммографов, электроимпедансные маммографы, лишь немного уступая лучшим образцам рентгеновских маммографов в разрешающей способности обнаружения новообразований в ткани молочной железы, значительно превосходят последние по многим другим показателям. Прежде всего, это абсолютная радиологическая безопасность для пациентки, что позволяет применять электроимпедансные маммографы для обследования женщин всех без исключения возрастных групп. Кроме того, радиологическая безопасность электроимпедансных маммографов позволяет применять их не только в качестве инструмента ежегодного скринингового обследования, но и в качестве средства динамического наблюдения (мониторинга) в процессе развития заболевания и его лечения. Маммологическое обследование женщины с использованием электроимпедансного маммографа безболезненно и абсолютно безопасно также в части возможности поражения электрическим током, поскольку проводится с использованием низких значений напряжения и измерительных токов. Принцип действия электроимпедансного маммографа основан на выявлении таких областей в ткани молочной железы, которые отличаются от других участков ткани железы более высоким значением электропроводности. Известно, что электропроводность ткани, пораженной онкологическим заболеванием, выше, чем электропроводность здоровой ткани. Это обстоятельство и позволяет эффективно обнаруживать онкологические новообразования на фоне здоровой ткани молочной железы. Известен электрический маммограф, описанный в патенте на изобретение RU 2153285C1 (А61 В5/05, публ. 27-07-2000), и его модификация в виде электроимпедансного компьютерного маммографа, описанного в патенте на полезную модель RU 66932U1 (А61В5/05, публ. 10-10-2007). Известный маммограф содержит плоскую матрицу из 256 электродов, два индифферентных электрода, электронный блок, связанный с компьютером. При обследовании пациентки электродную матрицу плотно прижимают к молочной железе, расплющивая железу на грудной клетке пациентки. После этого поочередно через каждый из 256 электродов матрицы и пару индифферентных электродов, размещенных на ладонях (или запястьях) пациентки, пропускают измерительный ток. При каждом цикле пропускания тока через один из электродов матрицы измеряют значения падения напряжения между выбираемыми парами других электродов матрицы и с помощью компьютера, реализующего операцию обратного восстановления проекций вдоль эквипотенциальных линий, строят картину распределения электрической проводимости в выбранном слое ткани молочной железы. Всего маммограф позволяет построить картины распределения электрической проводимости для семи выбираемых слоев. Каждая из семи картин по выбору проводящего обследование врача отображается на дисплее компьютера. Картина имеет вид распределенных в плоскости экрана дисплея темных и светлых областей. Темные области соответствуют участкам здоровой ткани молочной железы, а светлые области - участкам ткани, подозрительным на наличие онкологического поражения. Просматривая последовательно картины распределения электрической проводимости в различных выбираемых слоях, врач получает возможность оценить размеры подозрительного на онкологическое поражение участка ткани железы и его пространственное расположение в объеме молочной железы.
Электроимпедансный компьютерный маммограф, описанный в патенте на полезую модель RU 66932U1 , и способ реконструкции изображения электрической проводимости ткани молочной железы, лежащий в основе его функционирования, выбраны заявителем в качестве прототипов заявляемой группы изобретений: способа обнаружения новообразований в молочной железе и устройства для его осуществления - электроимпедансного маммографа.
Оценивая технические возможности прототипа, следует отметить, что, например, разрешающая способность электроимпедансного маммографа «МЭИК», продающегося на рынке и являющегося реализацией полезной модели, описанной в патенте RU 66932U1 , составляет от З м до 5 мм, что приближается к аналогичному показателю рентгеновского маммографа и вполне достаточна для использования его в клинической практике. Однако, в силу большой методологической и вычислительной сложности способа обнаружения новообразований и мест их локализации в молочной железе, реализованного в маммографе «МЭИК», он имеет высокую стоимость, а для его использования предъявляются достаточно высокие требования к квалификации обслуживающего медицинского персонала. Указанные особенности исключают возможность использования известного маммографа в качестве медицинского прибора домашнего применения. В то же время, врачи-маммологи считают, что для своевременного обнаружения рака молочной железы, ее скрининговое обследование должно производиться не реже 1 раза в месяц. При этом указанное обследование наиболее целесообразно производить в определенной фазе естественного физиологического цикла женщины. Указанные обстоятельства определяют высокую актуальность создания для целей скрининга молочной железы маммографа домашнего применения, которым женщина могла бы самостоятельно пользоваться в удобное для нее и рекомендуемое врачом-маммологом время.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание простого и надежного способа обнаружения новообразований в молочной железе и на его основе простого в использовании маммографа для проведения женщиной самостоятельного скрининга молочных желез в домашних условиях. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявляется группа изобретений, образующих единый изобретательский замысел - создание дешевого и простого в использовании электроимпедансного маммографа.
Одним объектом изобретения является способ обнаружения новообразований в молочной железе, заключающийся в том, что к молочной железе прикладывают четыре электрода, размещая их на равном расстоянии друг от друга вдоль окружности, длина которой не превышает длину окружности молочной железы на установленной высоте от основания железы, таким образом, что электроды условно делят молочную железу на четыре квадранта. Затем дважды пропускают измерительный ток через пару диаметрально противоположных электродов, выполняющих функцию токовых электродов, при поочередном заземлении одного из этих электродов и с одновременным измерением разности потенциалов между другой парой электродов, выполняющих функцию потенциальных электродов и расположенных на линии, ортогональной линии установки токовых электродов. Результат каждого измерения разности потенциалов запоминают как относящийся к двум квадрантам молочной железы, смежным с заземленным токовым электродом. Полученные результаты двух измерений разности потенциалов сравнивают между собой по абсолютной величине и при разности их абсолютных значений, превышающей установленный порог, судят о наличии новообразования с местом локализации в области тех двух квадрантов молочной железы, которым соответствует большее по абсолютной величине значение измеренной разности потенциалов.
При проведении измерений в описанных условиях наблюдаемая картина распределения падения напряжения на поверхности молочной железы может быть симметрична или асимметрична относительно линий установки электродов. Если ткань молочной железы по существу однородна по электрическому сопротивлению во всем объеме молочной железы, то картина распределения падения напряжения также симметрична. Если же в объеме молочной железы имеются неоднородные по электрическому сопротивлению участки, то картина распределения падения напряжения становится асимметричной. Поскольку неоднородность электрического сопротивления является следствием наличия в ткани молочной железы новообразования с электрическим сопротивлением, отличным от сопротивления остального объема ткани железы, то наличие асимметрии картины распределения падения напряжения на поверхности молочной железы и ее величина являются характерными признаками наличия подобного новообразования. Превышение этой величиной некоторого установленного порога позволяет фиксировать наличие новообразования в молочной железе. При этом два квадранта, которым соответствует большее по абсолютной величине значение измеренной разности потенциалов, принимают в качестве места локализации новообразования. Тем самым обеспечивается не только обнаружение новообразования в молочной железе, но и определение места его локализации.
В частном случае реализации способа установленную высоту приложения электродов к молочной железе принимают равной нулевому значению. Это фактически означает, что электроды прикладывают по существу у основания железы. Такого расположения достаточно для обнаружения новообразования в молочной железе среднестатистических размеров. А точное указание мест установки электродов на основание железы помогает женщине правильно ориентировать электроды при самостоятельном обследовании своей молочной железы.
Еще в одном частном случае реализации способа в качестве установленного порога принимают значение равное 5 мВ. Порог такого уровня позволяет снизить вероятность ложных обнаружений из-за случайных нарушений симметричности картины распределения падения напряжения на поверхности молочной железы, например, из-за случайного взаимного смещения электродов.
С целью повышения достоверности обнаружения новообразования и увеличения точности определения места его локализации способ предусматривает возможность выполнения повторного цикла измерений и обработки их результатов. В этом случае дополнительно, не изменяя расположения электродов на молочной железе, выполняют повторный цикл упомянутых измерений и обработки их результатов в условиях взаимозамены функций токовых и потенциальных электродов, при этом в качестве места локализации новообразования принимают квадрант, который является совпадающим для мест локализации новообразования, установленных в основном и повторном циклах измерений.
В данном случае также проявляется асимметрия картины распределения падения напряжения на поверхности молочной железы, обусловленная наличием новообразования в ее ткани. При этом благодаря относительному изменению взаиморасположения токовых и потенциальных электродов асимметричность картины распределения падения напряжения на поверхности молочной железы повторяется для тех квадрантах молочной железы, где локализовано новообразование. Тем самым, повторный цикл измерения и оценка асимметричности картины распределения падения напряжения на поверхности молочной железы при взаимозамене токовых и потенциальных электродов позволяет подтвердить факт наличия новообразования в ткани железы, т. е. повысить достоверность обнаружения новообразования. Кроме того, ортогональная ориентация картины распределения падения напряжения, наблюдаемая при повторном цикле измерений, приводит к тому, что сужается возможное место локализации новообразования. Вместо двух квадрантов возможной локализации новообразования наиболее вероятным местом его локализации остается только один квадрант. Тем самым повышается точность определения места локализации новообразования в молочной железе.
При осуществлении способа измерения в основном и повторном циклах производят последовательно с временным интервалом не более Ю ме между циклами. Это позволяет снизить вероятность ложных обнаружений из-за возможных смещений электродов маммографа, например, при дыхательных движениях пациентки.
Другим объектом изобретения является электроимпедансный маммограф, содержащий содержит электродный блок, связанный через управляемый мультиплексор-демультиплексор с генератором измерительного тока и последовательно соединенными измерителем напряжения и аналого-цифровым преобразователем. Также маммограф содержит управляющий микропроцессор, связанный с управляемым мультиплексором-демультиплексором, блоком оперативной памяти и аналого-цифровым преобразователем, индикаторный блок, связанный с управляющим процессором через управляемый мультиплексор- демультиплексор и блок ручного управления, связанный с управляющим микропроцессором. В состав маммографа также входит автономный источник питания, связанный со всеми функциональными узлами устройства.
Благодаря перечисленным признакам маммограф в соответствии с настоящим изобретением может быть выполнен в виде малогабаритного электронного прибора с автономным питанием. Такой прибор может быть использован женщиной для самостоятельного обследования своих молочных желез. Заложенная в управляющем микропроцессоре программа работы прибора в совокупности с перечисленными выше его функциональными узлами обеспечивает реализацию алгоритма измерений и вычислительной обработки их результатов в соответствии с процедурами, предусмотренными способом обнаружения новообразований в молочной железе в соответствии с настоящим изобретением.
В частном случае реализации маммографа электродный блок может быть выполнен в виде отделяемого конструктивного элемента и связан электрически с мультиплексором-демультиплексором через разъемное соединение. Такое выполнение маммографа позволяет комплектовать его набором отличающихся по размерам электронных блоков. Подобная комплектация представляется рациональной, поскольку молочные железы женщин отличаются весьма большим разнообразием размеров.
Еще в одном частном случае реализации маммографа электродный блок может быть выполнен содержащим полую диэлектрическую полусферу с четырьмя установленными на ее внутренней поверхности плоскими металлическими электродами, размещенными в вершинах квадрата, диагональ которого равна диаметру полусферы. При этом длина большой окружности полусферы не превышает длину окружности молочной железы у ее основания. Каждый электрод снабжен отдельным электрическим выводом, площадь каждого из электродов не превышает 0,4 см2, а его плоскость выступает над плоскостью внутренней поверхности полусферы не более чем на 5 мм.
Подобная форма выполнения электродного блока обеспечивает его достаточную эргономичность по отношению к молочной железе. При этом одновременно обеспечивается необходимая жесткость конструкции, чем достигается надежная пространственная фиксация электродов и, тем самым, снижаются возможные диагностические ошибки из-за взаимного пространственного смещения электродов при установке электродного блока на молочную железу.
В одном из частных случаев реализации маммографа его индикаторный блок может быть выполнен в виде четырех светодиодов, закрепленных на наружной стороне электродного блока, при этом каждый из светодиодов установлен в одном из соответствующих квадрантов, на которые электроды делят поверхность электродного блока. С учетом требуемой простоты использования маммографа, упомянутая форма выполнения его индикаторного блока позволяет совместить требования необходимой информативности с надежностью функционирования устройства.
Еще в одном частном случае реализации маммографа электродный блок содержит дополнительные группы электродов, каждая из которых включает по четыре установленных на внутренней поверхности полусферы электрода, размещенных в вершинах квадратов, плоскости которых параллельны плоскости сечения полусферы, а расстояния между электродами соседних групп вдоль дуги большой окружности полусферы составляет не менее 0,5 см. Такая форма выполнения устройства позволяет производить оценку асимметрии картины распределения падения напряжения на поверхности молочной железы не только при установке электродов на уровне основания железы, но и на уровнях нескольких ее сечений, параллельных поверхности грудной клетки женщины. Подобная установка способствует повышению точности обнаружения новообразований в молочных железах, имеющих объем, превышающий среднестатистический.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На Фиг. 1 представлен общий вид маммографа в разрезе.
На Фиг. 2 представлена функциональная электрическая схема маммографа. На Фиг. 3 показана картина распределения линий измерительного тока в объеме молочной железы и разности потенциалов на ее поверхности при отсутствии новообразований с заземлением первого токового электрода.
На Фиг. 4 показана картина распределения линий измерительного тока в объеме молочной железы и разности потенциалов на ее поверхности при отсутствии новообразований с заземлением второго токового электрода.
На Фиг. 5 показана картина распределения линий измерительного тока в объеме молочной железы и разности потенциалов на ее поверхности при наличии новообразования с заземлением первого токового электрода. На Фиг. 6 показана картина распределения линий измерительного тока в объеме молочной железы и разности потенциалов на ее поверхности при наличии новообразования с заземлением второго токового электрода.
На Фиг. 7 показана картина распределения линий измерительного тока в объеме молочной железы и разности потенциалов на ее поверхности при наличии новообразования и при взаимозамене токовых и потенциальных электродов с заземлением первого токового электрода.
На Фиг. 8 показана картина распределения линий измерительного тока в объеме молочной железы и разности потенциалов на ее поверхности при наличии новообразования и при взаимозамене токовых и потенциальных электродов с заземлением второго токового электрода.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример практической реализации способа обнаружения новообразований в молочной железе в соответствии с настоящим изобретением удобно рассмотреть совместно с примером реализации маммографа для домашнего использования, также выполненного в соответствии с настоящим изобретением.
Маммограф содержит ручку-держатель 1 , жестко или через разъемное электрическое соединение (на Фиг. 1 не показано) связанную с электродным блоком 2, имеющим вид полой диэлектрической полусферы 3. Здесь под полусферой понимается форма, подобная сегменту сферы и близкая по форме к внешней поверхности груди женщины. Различные экземпляры маммографов могут быть выполнены с электродными блоками 2, имеющими разный внутренний объем диэлектрической полусферы 3. Это позволяет женщине подобрать маммограф с электродным блоком 2, наиболее подходящим по объему ее молочной железе. В частном случае маммограф может иметь сменные электродные блоки 2 с различными размерами полусферы 3. Блоки механически соединены с ручкой- держателем 1 с использованием разъемного электрического соединения. Подобная конструкция позволяет использовать маммограф в качестве домашнего прибора в тех семьях, в которых есть женщины с различными по объему молочными железами.
На внутренней поверхности диэлектрической полусферы 3 вблизи ее края установлены четыре металлических электрода 4, 5, 6 и 7 (электрод 7 находится в створе электрода 6 и поэтому на Фиг. 1 не виден). Электроды 4, 5, 6 и 7 имеют площадь порядка 1 см2 и вмонтированы в материал полусферы 3 так, что их плоские поверхности по существу параллельны внутренней поверхности полусферы 3 и выступают над ней не более чем на 5 мм. Электроды 4, 5, 6 и 7 выполнены или имеют покрытие из неокисляющегося металла, желательно из золота. Все электроды установлены на равном расстоянии друг от друга вдоль окружности края полусферы 3. Это соответствует вершинам квадрата, вписанного в полусферу 3. В частном случае реализации электроды 4, 5, 6 и 7 могут быть установлены не только вблизи края полусферы 3, но и в плоскости ее сечения параллельной краю, но смещенной в сторону вершины полусферы 3 на расстояние до нескольких сантиметров вдоль дуги большой окружности полусферы 3. При этом сохраняется принцип размещения электродов в вершинах вписанного в полусферу 3 квадрата, хотя и имеющего меньшие размеры. Подобная форма выполнения позволяет избежать возможных ошибок обнаружения новообразований в молочной железе, имеющей размеры, значительно отличающиеся от среднестатистических.
Электроды 4, 5, 6 и 7 разделены на две группы 8 и 9 (см. Фиг. 2), каждая из которых образована двумя диаметрально противоположными электродами. Группы 8 и 9 электрически связаны с мультиплексором-демультиплексором 10 электронного блока 11 (см. Фиг. 1), размещенного в полости ручки-держателя 1.
Электроды обеих групп 8 и 9 через мультиплексор-демультиплексор 10 подключены к измерителю напряжения 12 и управляемому генератору 13 измерительного тока. Выход измерителя напряжения 12 через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14 связан с микропроцессором 15. Последний осуществляет обработку цифрового сигнала, соответствующего измеренным значениям разности потенциалов между электродами (далее - напряжения), и формирует сигналы управления для мультиплексора-демультиплексора 10. Выход микропроцессора 15 также связан со световым индикатором 16, видимым через окно в ручке-держателе 1 , и звуковым индикатором 17. В частном случае световой индикатор 16 может быть выполнен в виде четырех светодиодов 18, 19, 20 и 21 (Фиг. 1), установленных на наружной поверхности диэлектрической полусферы 3 электродного блока 2 (на приведенном на Фиг. 1 разрезе электродного блока 2 светодиоды 20 и 21 показаны пунктиром, т. к. они расположены вне плоскости разреза). При этом для индикации места локализации обнаруженного новообразования каждый из светодиодов 18, 19, 20 и 21 установлен в одном из соответствующих квадрантов, на которые электроды 4, 5, 6 и 7 делят поверхность электродного блока 2. Электропитание перечисленных выше функциональных узлов маммографа осуществляется от автономного источника питания 22 (батареи или перезаряжаемого аккумулятора) через управляемый вручную коммутатор 23 источника питания 22. Коммутатор 23 снабжен установленной на одной из сторон ручки-держателя 1 кнопкой 24 (Фиг. 1), которая, в свою очередь, снабжена механическим или электронным триггерным устройством памяти состояния (на Фиг. 1 - 2 не показан).
Согласно способу в соответствии с настоящим изобретением обследование молочной железы начинают с того, что женщина, удерживая маммограф за ручку- держатель 1 , размещает свою молочную железу в полусфере 3 электродного блока 2. При этом электроды 4, 5, 6 и 7 приходят в электрический контакт с кожным покровом молочной железы. Далее женщина нажимает кнопку 24 на ручке- держателе 1 (Фиг. 1). При этом на все функциональные узлы маммографа поступает электропитание от источника 22, и они начинают функционировать в соответствии с установленной в микропроцессоре 15 программой. В частности, мультиплексор-демультиплексор 10 начинает коммутацию электродов групп 8 и 9.
Осуществляемая мультиплексором-демультиплексором 10 коммутация электродных групп 8 и 9 выполняется так, что первоначально электроды одной группы, например, диаметрально противоположные электроды 4 и 5 группы 8, подключены к разным полюсам управляемого генератора 13 измерительного тока, один из которых в данный момент заземлен. Такие подключенные к генератору 13 электроды называются токовыми или инжекторными. А электроды другой группы 9, соответственно электроды 6 и 7, в этот момент подключены к разным полюсам измерителя напряжения 12. Такие электроды называются потенциальными или измерительными. В этот момент между приложенными к молочной железе электродами 4 и 5 в течение некоторого установленного периода времени, например в течение 1 с, через ткань молочной железы протекает измерительный ток. Используется переменный электрический ток силой около 1 мА частотой 5-50 кГ ц.
При протекании через ткань молочной железы 25 (Фиг. 3) измерительного тока, формируемого источником 13, вдоль линий 26 тока между каждым из электродов 6 и 7 и «землей» возникают разности потенциалов или напряжения U2 и U3 (нумерация напряжений здесь принята соответствующей нумерации квадрантов при отсчете квадрантов по часовой стрелке, начиная с правого верхнего). Если ткань молочной железы 25 однородна, и в ней нет патологических новообразований с отличными от основной ткани железы значениями удельного электрического сопротивления, значения напряжений U2 и U3 будут примерно равны между собой, как это показано на Фиг. 3. В этом случае, разность между значениями напряжений U2 и U3, измеряемая измерителем 12, будет равна нулю или близка к нулю из-за возможного наличия некоторой механической асимметрии приложения электродов 6 и 7 или асимметрии электрических параметров ткани самой молочной железы. В следующий момент времени (например, через 10 мс после окончания упомянутого выше первого цикла измерения, длившегося, например, 1 с) мультиплексор-демультиплексор 10 по команде микропроцессора 15 производит коммутацию электродов 4 и 5. В результате изменяется подключение этих электродов к полюсам управляемого генератора 13 измерительного тока. Электрод, который ранее был подключен к потенциальному полюсу генератора 13, заземляется, а электрод, который ранее был заземленным, становится потенциальным. Между каждым из электродов 6 и 7 и «землей» вновь возникают разности потенциалов или напряжения - теперь уже Ui и U4. Если ткань молочной железы однородна, и в ней нет патологических новообразований, значения напряжений Ui и U4 также будут по существу равны между собой, как это показано на Фиг. 4. В этом случае, разность между значениями напряжений Ui и Щ, измеряемая измерителем 12, также будет равна нулю или близка к нулю из-за возможного наличия некоторой механической асимметрии приложения электродов 6 и 7 или асимметрии электрических параметров ткани самой молочной железы.
Таким образом, при отсутствии в ткани молочной железы неоднородностей электрического сопротивления, обусловленных наличием в ней каких-либо новообразований с отличающимися от фонового значениями удельного электрического сопротивления, картина распределения падения напряжения на поверхности молочной железы оказывается полностью симметричной при разных «направлениях» протекания измерительного тока.
Иная ситуация возникает (см. Фиг. 5), если в ткани молочной железы 25 имеется новообразование 27 с отличным от фонового значением удельного электрического сопротивления. В этом случае линии 26 протекающего через молочную железу 25 измерительного тока распределяются в ее объеме неравномерно. Плотность линий 26 тока увеличивается на тех участках, на которых удельное электрическое сопротивление ткани меньше, чем фоновое. Это приводит к нарушению картины распределения падения напряжения на поверхности железы, как это показано на Фиг. 5. Значения разности напряжений U2 и U3 или, соответственно, Ui и U4 (Фиг. 6) становятся попарно неравными между собой. Разности значений напряжений U2, U3 и U-i, U4 измеряются измерителем напряжений 12, преобразуются в цифровую форму и поступают на вход микропроцессора 15. Последний, если измеренное значение разности напряжений превышает установленный порог, например 5 мВ, формирует подаваемый на звуковой индикатор 17 сигнал обнаружения неоднородности электрического сопротивления в ткани молочной железы, т. е. наличие в ней новообразования 27. При наличии в ткани молочной железы новообразования 27 наблюдается различие не только между парами напряжений U2 и U3 и Ui и U4, но и между самими разностями напряжений Δ-j = IU2— U3I и Δ2 - |Ui - U4I. Большая по абсолютной величине разность напряжений соответствует тем двум смежным квадрантам проекции молочной железы, в которых имеет место локализация новообразования 27. Для показанного на Фиг. 5 и Фиг. 6 примера расположения новообразования 27 обнаруженным местом его локализации будут первый и четвертый квадранты (в соответствии с упоминавшимся выше порядком их нумерации).
Микропроцессор 15 сравнивает между собой разности напряжений Δι и Δ2 и в соответствии с программно установленным правилом формирует для блока 16 визуальной индикации соответствующий сигнал указания места локализации обнаруженного новообразования 27.
В частном случае реализации способа в следующий момент времени (например, через Ю ме после окончания упомянутого выше второго цикла измерения, длившегося, например, как и первый цикл 1 с) мультиплексор- демультиплексор 10 по команде микропроцессора 15 производит перекоммутацию электродов 4 и 5 и электродов 6 и 7. При этом электроды 6 и 7 становятся токовыми и подключаются к генератору измерительного тока 13, а электроды 4 и 5 становятся потенциальными и подключаются к измерителю напряжений 12. Далее повторяются рассмотренные выше два цикла измерений с поочередным «заземлением» каждого из электродов 4 и 5 и измерением разности потенциалов между электродами 6 и 7. В результате выполнения этих операций получаются, подобно рассмотренному выше, два значения разностей напряжений Δ3 и Δ4. Теперь эти разности будут: Δ3 = |Ui - U2I и Δ4 = IU3 - U4| (маркировка напряжений по-прежнему соответствует принятой нумерации квадрантов). Также подобно рассмотренному выше, если хотя бы одна из разностей Δ3 или Δ4 превышает установленный порог 5 мВ, микропроцессор 15 формирует подаваемый на звуковой индикатор 17 сигнал обнаружения неоднородности электрического сопротивления в ткани молочной железы, свидетельствующий о наличии в ней новообразования 27. Тем самым обеспечивается подтверждение факта обнаружения новообразования 27, выполненного в двух первых циклах измерений. Для повышения надежности обнаружения новообразования 27 микропроцессор 15 может быть запрограммирован так, чтобы формирование сигнала обнаружения производилось только при превышении установленного порога в 5 мВ не менее чем двумя из четырех значений разностей Δ-ι , Δ2, Δ3 и Δ4. Опять, как это было упомянуто выше, большая по абсолютной величине разность Δ3 или Δ4 соответствует тем двум смежным квадрантам молочной железы, в которых имеет место локализация новообразования 27. Однако теперь для показанного на Фиг. 5 - 8 примера расположения новообразования 27 обнаруженным местом его локализации будут третий и четвертый квадранты (в соответствии с упоминавшимся выше порядком их нумерации). Таким образом, из определенных уже в четырех циклах измерений мест возможной локализации новообразования 27 четвертый квадрант определен дважды как возможное место локализации новообразования 27. Микропроцессор 15 анализирует этот результат и в соответствии с программно установленным правилом формирует для блока 16 визуальной индикации сигнал указания одного квадранта локализации обнаруженного новообразования 27. В частном случае блок 16 визуальной индикации может быть выполнен в виде четырех светодиодов 18, 19, 20 и 21 (Фиг. 1), установленных на наружной поверхности полусферы 3 в каждом из четырех квадрантов полусферы. Происходит включение одного из светодиодов 18, 19, 20 и 21 , относящегося к тому квадранту, в котором локализовано обнаруженное новообразование 27. Светодиод остается включенным до полного выключения маммографа нажатием клавиши 24 на ручке- держателе 1.
Таким образом, заявленный способ позволяет обнаружить новообразование в молочной железе женщины и определить его локализацию с точностью до квадранта проекции железы на плоскость грудной клетки. При этом все операции по обнаружению и определению локализации новообразования с использованием маммографа выполняются самой женщиной в домашних условиях. Длительность процесса обнаружения составляет несколько секунд. Процесс обнаружения безболезнен и абсолютно безопасен.
Способ в соответствии с изобретением был подвергнут экспериментальной проверке. Одновременно производилась экспериментальная оценка разрешающей способности способа по обнаружению новообразования в молочной железе. В эксперименте использовалась электроимпедансная модель молочной железы. Для изготовления модели был использован порошкообразный агар-агар, 20 г которого были растворены в одном литре гипотонического (0,3%) физиологического раствора, нагретого до 90°С и находящегося в пластмассовом конусообразном сосуде. Небольшой объем растворенного агар-агара был также залит в специально изготовленную кондуктометрическую ячейку цилиндрической формы, используемую для контроля электрической проводимости получаемого модельного раствора. После остывания раствора до комнатной температуры (20°С) и перехода его в гелеобразную фазу он был извлечен из конусообразного сосуда и размещен на плоской диэлектрической поверхности. Извлеченный из сосуда модельный желеобразный материал имел форму конуса высотой 6,5 см с диаметром основания 12 см. Для наибольшего геометрического сходства с молочной железой среднестатистической женщины верхняя часть конуса была срезана. Получившийся после срезания верхней части усеченный конус имел высоту 5 см. Проведенные с использованием кондуктометрической ячейки контрольные измерения удельного электрического сопротивления образующего усеченный конус гелеобразного материала показали, что при комнатной температуре оно составляет 11 ,5 0м м. Поскольку в норме температура молочной железы у женщин в среднем составляет 34°С, то пересчитанное на указанное значение температуры удельное электрическое сопротивление материала конуса составляет 9 Ом м. Это значение соответствует теоретически ожидаемой величине удельного электрического сопротивления ткани молочной железы, как среднему значению между удельным электрическим сопротивлением мышечной и жировой ткани. Такой результат свидетельствует также о том, что лабораторное моделирование процессов обнаружения новообразований в молочной железе совершенно корректно может быть произведено при комнатной температуре, т. е. при значении удельного сопротивления гелеобразного материала равном 11 ,5 Ом м.
Для выполнения измерений электроимпедансная модель молочной железы была помещена в диэлектрическое кольцо, плотно прилегающее к образующей конуса вблизи его основания. Ширина кольца, отсчитываемая вдоль образующей конуса, составляла 20 мм. Между кольцом и образующей конуса были вставлены металлические электроды. В качестве последних были использованы токосъемные элементы от стандартных детских грудных ЭКГ электродов. Электроды были изготовлены из латуни с хромированным покрытием. Диаметр электродов составлял 12 мм. Каждый электрод был снабжен стандартным «хвостовиком» для подключения электрического проводника. Были установлены 4 электрода на равном расстоянии друг от друга вдоль окружности кольца, как это показано на Фиг. 3.
Измерения выполнялись с использованием макетного образца генераторно- усилительного блока маммографа и стандартного цифрового вольтметра переменного напряжения ВЗ-71/1. Последний был подключен к шине упомянутого блока. Частота измерительного тока, формируемого генератором макетного образца маммографа, составляла 10 кГц. Сила измерительного тока не превышала 1 мА.
Вначале были произведены измерения разности напряжений между электродами 6 и 7 (см. Фиг. 3) при отсутствии в объеме модели молочной железы неоднородностей электрического сопротивления ее ткани, которые являлись бы моделью «новообразования» (первая серия измерений). Многократные повторения измерений этой разности показали, что ее абсолютная величина, т. е. «фоновая» (шумовая) асимметрия распределения падения напряжения на поверхности модели молочной железы колеблется в пределах 1+4 мВ.
Затем было произведено моделирование «новообразования» в ткани молочной железы. С этой целью в электроимпедансную модель молочной железы была сделана шприцевая инъекция раствора с высокой электропроводностью. Был использован изотонический (0,9%) физиологический раствор. Удельное электрическое сопротивление такого раствора составляло 1 ,6 Ом м, что соответствует удельному электрическому сопротивлению крови и адекватно моделирует условия васкуляризации злокачественных новообразований в ткани молочной железы. Объем введенного раствора равнялся 3,4 мм3 (что соответствует линейному размеру «новообразования» около 1 ,5 мм). Глубина введения раствора составляла 20 мм (от образующей поверхности конуса). Место введения раствора было выбрано в левом верхнем квадранте, как показано на Фиг. 5.
После инъекции раствора была произведена повторная серия измерений разности напряжений между электродами 6 и 7 (см. Фиг. 5). Многократные повторения измерений этой разности показали, что ее абсолютная величина колеблется в пределах 15+19 мВ.
Таким образом, лабораторное моделирование способа обнаружения новообразований в молочной железе в соответствии с настоящим изобретением показало, что при наличии в ткани молочной железы новообразования с линейным размером порядка 1 ,5 мм асимметрия распределения напряжения на поверхности железы практически в 4 раза отличается от «фоновой» асимметрии. Этот факт полностью подтверждает работоспособность предложенного способа и его высокую разрешающую способность в обнаружении злокачественных новообразований в ткани молочной железы. Способ и реализующий его маммограф для домашнего применения могут использоваться в качестве эффективных и абсолютно безопасных средств самостоятельного скрининга рака молочной железы у женщин всех возрастных групп.
Описанный маммограф может изготавливаться в массовом промышленном производстве, а способ в соответствии с изобретением легко воспроизводим в домашних условиях и не требует специальных медицинских навыков.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ обнаружения новообразований в молочной железе, заключающийся в том, что к молочной железе прикладывают четыре электрода, размещая их на равном расстоянии друг от друга вдоль окружности, длина которой не превышает длину окружности молочной железы на установленной высоте от основания железы, таким образом, что электроды условно делят молочную железу на четыре квадранта, затем дважды пропускают измерительный ток через пару диаметрально противоположных электродов, выполняющих функцию токовых электродов, при поочередном заземлении одного из этих электродов и с одновременным измерением разности потенциалов между другой парой электродов, выполняющих функцию потенциальных электродов и расположенных на линии, ортогональной линии установки токовых электродов, результат каждого измерения разности потенциалов запоминают как относящийся к двум квадрантам молочной железы, смежным с заземленным токовым электродом, полученные результаты двух измерений разности потенциалов сравнивают между собой по абсолютной величине и при разности их абсолютных значений, превышающей установленный порог, судят о наличии новообразования с местом локализации в области тех двух квадрантов молочной железы, которым соответствует большее по абсолютной величине значение измеренной разности потенциалов.
2. Способ по п. 1 , характеризующийся тем, что установленную высоту приложения электродов к молочной железе принимают равной нулевому значению.
3. Способ по п. 1 , характеризующийся тем, в качестве установленного порога принимают значение равное 5 мВ.
4. Способ по п. 1 , характеризующийся тем, что дополнительно, не изменяя расположения электродов на молочной железе, выполняют повторный цикл упомянутых измерений и обработки их результатов в условиях взаимозамены функций токовых и потенциальных электродов, при этом в качестве места локализации новообразования принимают квадрант, который является совпадающим для мест локализации новообразования, установленных в основном и повторном циклах измерений.
5. Способ по п. 4, характеризующийся тем, что измерения в основном и повторном циклах производят последовательно с временным интервалом не более 10 мс между циклами.
6. Маммограф, содержащий электродный блок, связанный через управляемый мультиплексор-демультиплексор с генератором измерительного тока и последовательно соединенными измерителем напряжения и аналого-цифровым преобразователем, управляющий микропроцессор, связанный с управляемым мультиплексором-демультиплексором, блоком оперативной памяти и аналого- цифровым преобразователем, индикаторный блок, связанный с управляющим процессором через управляемый мультиплексор-демультиплексор, и блок ручного управления с автономным источником питания, связанным со всеми функциональными узлами устройства.
7. Маммограф по п. 6, характеризующийся тем, что электродный блок выполнен в виде отделяемого конструктивного элемента и связан с мультиплексором-демультиплексором через разъемное электрическое соединение.
8. Маммограф по п. 6, характеризующийся тем, что электродный блок выполнен содержащим полую диэлектрическую полусферу с четырьмя установленными на ее внутренней поверхности плоскими металлическими электродами, размещенными в вершинах квадрата, диагональ которого по существу равна диаметру полусферы, при этом длина большой окружности полусферы не превышает длину окружности молочной железы у ее основания, каждый электрод снабжен отдельным электрическим выводом, площадь каждого из электродов не превышает 0,4 см2, а его плоскость выступает над плоскостью внутренней поверхности полусферы не более чем на 5 мм.
9. Маммограф по п. 6, характеризующийся тем, что индикаторный блок выполнен в виде четырех светодиодов, закрепленных на наружной стороне электродного блока, при этом каждый из светодиодов установлен в одном из соответствующих квадрантов, на которые электроды делят поверхность электродного блока.
10. Маммограф по п. 8, характеризующийся тем, что электродный блок содержит дополнительные группы электродов, каждая из которых включает по четыре установленных на внутренней поверхности полусферы металлических электрода размещенных в вершинах квадратов, плоскости которых параллельны плоскости сечения полусферы, а расстояния между электродами соседних групп вдоль дуги большой окружности полусферы составляет не менее 0,5 см.
PCT/RU2014/000142 2013-03-07 2014-03-04 Способ обнаружения новообразований в молочной железе и маммограф WO2014137246A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013110279/14A RU2578180C2 (ru) 2013-03-07 2013-03-07 Способ обнаружения новообразования в молочной железе и маммограф
RU2013110279 2013-03-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014137246A1 true WO2014137246A1 (ru) 2014-09-12

Family

ID=51491665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000142 WO2014137246A1 (ru) 2013-03-07 2014-03-04 Способ обнаружения новообразований в молочной железе и маммограф

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2578180C2 (ru)
WO (1) WO2014137246A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113331851A (zh) * 2021-06-28 2021-09-03 郑州大学第一附属医院 乳腺钼靶摄影用乳腺展平装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2607949C1 (ru) * 2015-09-22 2017-01-11 Леонид Зиновьевич Вельшер Способ диагностики рака предстательной железы
RU202356U1 (ru) * 2020-10-12 2021-02-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления" Устройство для обнаружения новообразований в молочной железе

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2153285C1 (ru) * 1998-12-21 2000-07-27 Корженевский Александр Владимирович Электрический маммограф
US6122544A (en) * 1998-05-01 2000-09-19 Organ; Leslie William Electrical impedance method and apparatus for detecting and diagnosing diseases
RU117791U1 (ru) * 2011-12-29 2012-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Импедансные медицинские технологии" Диагностическое персональное устройство

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6122544A (en) * 1998-05-01 2000-09-19 Organ; Leslie William Electrical impedance method and apparatus for detecting and diagnosing diseases
RU2153285C1 (ru) * 1998-12-21 2000-07-27 Корженевский Александр Владимирович Электрический маммограф
RU117791U1 (ru) * 2011-12-29 2012-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Импедансные медицинские технологии" Диагностическое персональное устройство

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113331851A (zh) * 2021-06-28 2021-09-03 郑州大学第一附属医院 乳腺钼靶摄影用乳腺展平装置
CN113331851B (zh) * 2021-06-28 2023-05-30 郑州大学第一附属医院 乳腺钼靶摄影用乳腺展平装置

Also Published As

Publication number Publication date
RU2578180C2 (ru) 2016-03-20
RU2013110279A (ru) 2014-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zou et al. A review of electrical impedance techniques for breast cancer detection
Cherepenin et al. A 3D electrical impedance tomography (EIT) system for breast cancer detection
US20200113478A1 (en) Monitoring system and probe
US9037227B2 (en) Use of impedance techniques in breast-mass detection
US9042976B2 (en) Use of impedance techniques in breast-mass detection
Mansouri et al. Electrical Impedance tomography–recent applications and developments
WO2014137246A1 (ru) Способ обнаружения новообразований в молочной железе и маммограф
US8928332B2 (en) Electrical impedance imaging
US9445742B2 (en) Electrical impedance techniques in tissue-mass detection and characterization
Meroni et al. An electrical impedance tomography (EIT) multi-electrode needle-probe device for local assessment of heterogeneous tissue impeditivity
Gowry et al. Electrical bio-impedance as a promising prognostic alternative in detecting breast cancer: A review
Jossinet et al. Electrical impedance endo-tomography: imaging tissue from inside
WO2021077546A1 (zh) 磁感应成像方法和系统
RU2153285C1 (ru) Электрический маммограф
Hu et al. An electrode array sensor for tongue cancer detection with bioelectrical impedance spectroscopic tomography
RU202356U1 (ru) Устройство для обнаружения новообразований в молочной железе
RU66932U1 (ru) Электроимпедансный компьютерный маммограф
JP2022541901A (ja) 静電容量性触覚センサを使用して組織パラメータを計測するシステム及び方法
CN220876758U (zh) 生物阻抗测量设备
RU212641U1 (ru) Устройство измерения электропроводности кожных покровов
Chung et al. Embedded process for flexible conductive electrodes for applications in tissue electrical impedance scanning (EIS)
CN209661638U (zh) “未病”诊疗系统
Rabbani Focused Impedance Method (FIM) and Pigeon Hole Imaging (PHI) as two potentially low cost and simple modalities for different diagnostic applications
Yampilov et al. Development of an electrode unit for a bioimpedance spectrometry device
TWI590801B (zh) 體表電容量測量裝置及其測量方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14759804

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14759804

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1