Спосіб ранньої діагностики пухлинних захворювань молочної залози (варіанти)

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 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 температури до досягнення температурної рівноваги в місці контакту, отримують чорно 2 (19) 1 3 70110 Винахід відноситься до галузі медицини, а саме онкології і може бути використаний для поліпшення процедури автоматизованого скринінга масового профілактичного обстеження жіночого населення на наявність ознак пухлинних за хворювань молочної залози. Відомо, що рак молочної залози (РМЗ) - ведуча причина жіночої смертності [И.Н.Дыкан. Передовые технологии диагностики рака молочной железы. - Здоровье женщины, 2003, 2(14), с.131132 [1]]. Щороку в світі реєструється більш ніж півмільйона нових випадків РМЗ. З ни х в нашій країні - більше ніж 14 тисяч. Кожну 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, коли розміри новостворення не перевищують 0.5-1см [М.М.Власова. Обоснование и принципы маммографического скрининга рака молочной железы. - Terra Medica, 2002, 2, с.20-21 [2]]. В такому разі в результаті вчасно проведеного лікування 95% 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 [Основы клинической дистанционной термодиагностики. - "Здоров'я", Киев, 1988 [3]]. 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 нешкідливими для здоров'я людини. З цієї точки зору рентгеномамографія не може бути застосована дуже часто, 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 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 4 розміру. Таким чином, по розподілу температури на поверхні шкіри можна судити про наявність або відсутність запалення всередині, про розмір пухлини та її локалізацію. На цьому базуються термометричні методи діагностики. [В статті О.О.Ви шневського (мол), Э.Б.Розенфельда та ін. "Диагностика рака молочной железы с использованием фиксированных параметров термограмм". - Хирургия, №5, 1976, с.46-48 [4]] 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, площі термосмуг заданої температури, середньозважених температур та інших. Щодо контактної термометрії, автори оцінювали її як малоперспективну перш за все завдяки численним похибкам за рахунок неякісного контакту між датчиком і об'єктом. Для підвищення точності діагнозу проводились численні дослідження по розробці автоматизованих методів обробки термограм [Ю.Г.Стерлин. Цифровые методы обработки термограмм и перспективы их дальнейшего развития, с.169-174; Р.Я.Вепхвадзе и др. Машинная термодиагностика опухолевы х процессов молочных желез, с.174178; в кн. Тепловидение в медицине, ч.2, Ленинград, 1990, Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова [5]]. Але все це не дозволяло підняти рівень діагностичної достовірності на основі використання лише термографічного метода вище 73-75%. Пошук подальшого вдосконалення термометричних методів відбувався в напрямку активного впливу на теплові процеси в організмі. Зокрема, [по патенту Російської Федерациї №2043074, А61В6/00, 10/00, 1992.] відомий спосіб ранньої діагностики пухлинних захворювань молочної залози, 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 характер змінення імовірнісного інтегрального критерію діагностичної значущості з подальшим віднесенням до одного з діагностичних класів: норма, мастопатія, підозра на рак. Цей спосіб дозволяє підвищити точність ранньої діагностики норми на 10%, мастопатії на 6%, раку на 13%. 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 телевізійне зображення з подальшим його аналізом [а.с. СРСР №1804781, А61В5/00,1990]. [По патенту Російської Федерації №2012216, А61В5/00, 1989.] відомий пристрій для оцінки фізіологічного стану молочних залоз, заснований на вимірюванні тургора тканини молочних залоз, що є відображенням сумарного впливу на них всі х мамотропних гормонів та завдяки цьому характери 5 70110 6 зуючий більшу чи меншу імовірність розвитку в них Крім того, методика, заснована на численних пепроліферативних процесів. ресуваннях датчика по поверхні залози, не сприяє Оскільки при здійсненні скринінга треба обїї використанню для мамографічного скринінгу. стежити велику кількість людей, процедура обстеЗагальними ознаками прототипу і винаходу, ження не повинна забирати багато часу. Крім того, що заявляється, стосовно до задачі отримання спосіб має бути недорогим і простим в експлуататемпературної карти молочних залоз є наступні: ції. Нарешті, апаратура має бути компактною, щоб вимір температури контактним способом; давати змогу працювати в режимі пересувних обвимір температури багатьох точок поверхні стежувальних пунктів або лабораторій. Між тим, шкіри з метою отримання карти розподілу темпетепловізори потребують досить великих обладнаратури по поверхні залоз; них кондиціонерами приміщень, застосування кріоконструювання зображення температурної кагенної рідини (азоту), достатньо складної процерти на екрані монітора і оцінка діагностичних падури калібровки апаратури тощо [5]. Це робить раметрів. дуже сумнівною перспективу їх використання для В основу винаходу поставлена задача розробмамологічного скринінгу. ки безпечного для здоров'я, зручного та надійного Для скринінгу потрібно мати змогу за найспособу скринінгового обстеження жінок на наявменший час і з найбільшою достовірністю отримуність раку та інши х захворювань молочної залози. вати температурну карту потрібної ділянки тіла. Технічний результат від використання винаходу Для цього найбільше підходять саме контактні полягає в підвищенні точності та швидкості форметоди за умовою наявності великої кількості примування температурних карт, в тому числі обох кріплених до тіла термосенсорів. Спроби отримати залоз при рівних умовах, що сприяє більш продуктемпературні карти тіла людини через застосувантивному використанню переваг диференційної ня контактних термосенсорів робилися неоднорадіагностики при скринінговому обстеженні насезово [Л.П.Булат, Д.Д.Гуцал, А.П.Мягкета, лення. М.Е.Чайнюк. Полупроводниковые термоэлектриПоставлена задача вирішується завдяки заческие тепломеры для медико-биологических иссстосуванню сучасної системи контактної термомеледований. // Тезисы докладов IV Всесоюзной трії великих площ поверхні тіла шля хом викорисконференции «Тепловизионная медицинская аптання термосенсорів на базі інтелектуальних паратура и практика ее применения». - Ленинград, датчиків температури, візуалізації зображення октябрь 1988. П224 [6]. Ю.Н.Глухов, температурних карт і математичної обробки перВ.Н.Кошелев, О.Л.Перцов. Сравнительные измевинних термограм. Ця система дає змогу наблизирения температуры кожи неконтактными и контактися до ідеальної ситуації, коли велика кількість тными методами. // Тезисы докладов Всесоюзной сенсорів щільно покриває поверхню обох залоз і конференции «Тепловизионная медицинская апвсі сенсори одномиттєво передають інформацію паратура и практика ее применения». - Фрунзе, про температуру в комп'ютер. Задача швидкого апрель 1985. - 20Б. [7]]. Але всі вони, через проотримання температурних карт молочних залоз блеми комутації, калібровки та розміщення сенсовирішується шляхом використання кількох матрів, обмежувалися лише декількома точками спориць температурних сенсорів, різних за розмірами, стереження, і не могли бути придатними для конструкцією та кількістю розташованих на них вищевизначених цілей. сенсорів. Конструктивне виконання матричних Як найбільш близький аналог-прототип, співтермодатчиків може бути різним, але всі вони мападаючий з заявленим винаходом по призначенню ють забезпечувати надійний контакт з поверхнею і ряду ознак, прийнятий спосіб для мамографіютіла так саме як і зручність їх позиціювання на тілі. вання, заснований на вимірюванні температури Зокрема, ці матриці можуть бути виконані у вигляді поверхні шкіри пацієнта завдяки послідовному еластичних бюстгальтерів, на внутрішній поверхні позиціюванню датчика на ряді фіксованих точок, котрих розміщуються окремі термосенсори. Суттєреєстрацію і обробку на комп'ютері отриманих давою відзнакою є те, що на поверхні матриць розних з наступним формуванням зображення об'єкту міщуються напівпровідникові температурні сенсона екрані монітора [патент Російської Федерації ри, що являють собою спеціалізовані №2210303, А61В5/01,7.06.2000, Бюл. №23, мікропроцесори, здатні вимірювати температуру 20.08.2003.] [8]. навколишнього середовища, перетворювати її в До недоліків цього методу можна віднести доцифровий код і надсилати цей код до комп'ютера сить кропітку і тривалу процедуру отримання тем[А.С.Карначев, В.А.Белошенко, В.И.Титиевский. пературної карти послідовним пересуванням датМикролокальные сети. // Донецк. - Норд Компьючика по фіксованих точках. Для скорочення тер. -2000. - 199с.[9]]. Всі ці операції виконуються процедури отримання первинних даних автори сенсорами за командами з комп'ютера. Сенсори пропонують в кожній точці реєструвати функцію мають робочий діапазон температур від -55°С до залежності температури від часу на крутій її ділян+125°С, температурну чутливість 0.06°С і не поці, не чекаючи встановлення температурної рівнотребують калібровки, бо вже мають всі необхідні ваги між датчиком і об'єктом. Реальна температупоправки, зашиті в їх вн утрішній пам'яті. Розмір ра знаходиться асимптотично на основі одного сенсора 3´3´1мм. Всі сенсори, скільки б їх попередньо встановленої аналітичної форми крине було на матриці, підключені до єдиної трьохвої змінення показань температурного датчика від провідної шини, яка зв'язує їх з комп'ютером. Тепчасу при його нагріві від шкіри пацієнта. Такий підлова інерційність такого сенсора не перевищує 10хід не є прямим вимірюванням і може призводити 15 секунд. Найбільша матриця, котра має покридо непередбачених та невизначуваних похибок. вати одночасно обидві залози, налічує кілька со 7 70110 8 тень сенсорів, розташованих на рухомих стерж- використанні лише трьох провідників для нях, здатних, для кращого прилягання до поверхні зв’язку будь-якої кількості датчиків з комп'ютером, залози, пересуватися уздовж своєї подовжньої осі. що забезпечує зручність і компактність методу; Задача вирішується двома винаходами, зв'я- обробці зображень в режимі реального часу, заними єдністю задачі. що забезпечує можливість формалізації діагносВ варіанті 1 жінка що обстежується розміщутичних параметрів і автоматизації первинної діагється горизонтально. На область молочних залоз ностики. зверху опускається пересувна рамка з матрицею Запропонований спосіб дозволяє підвищити рухомих стержнів, які входять в контакт з поверхдостовірність діагностики до 85%. нею шкіри. Вмикається комп'ютерна програма реВідомості, які підтверджують можливість здійєстрації температурних показань сенсорів, яка з снення винаходу. періодом в одну секунду фіксує кадри розподілу Апробація способу проводилася в міській лікатемператури по поверхні залоз - температурні каррні №2 м.Донецька. Було обстежено 104 жінки. У ти. Ця процедура триває до стабілізації темпера44 (42.3%) виявлено різну патологію молочних турної карти, тобто до здобуття температурної залоз. В тому числі встановлена фіброзно-кістозна рівноваги між поверхнею шкіри і сенсорами матмастопатія у 28 жінок, фіброаденома у 8, фіброариці (10-15 секунд). Отримана таким чином картиденоматоз у 4, підозра на рак молочної залози у 3 на динаміки розподілу температури запам'ятовухворих, ліпома у однієї жінки. Виявлена патологія ється комп'ютером у вигляді набору кольорових підтверджена об'єктивним обстеженням, рентгеабо чорно-білих зображень температурних карт та номамографією, сонографією та гістологією. числових параметрів. За діагностичні параметри На Фіг.1-4 наведені зразки термограм, отриприйнято сучасні найбільш інформативні, такі як маних запропонованим способом по варіанту 2. температурна асиметрія просторово симетричних Термограми знято за допомогою квадратної матділянок поверхні залоз, траєкторії ізотерм, площі риці, яка налічує 36 датчиків (6´6), розташованих температурних смуг, локальні та інтегральні градіна ній на відстані 1см один від одного. Таким чиєнти, середньозважені температури тощо. В разі ном, за одне позиціювання перекривалася площа потреби може бути використаний і цілий ряд інших 36кв.см, а набір температури тривав 10-15 секунд. параметрів, що забезпечують додаткову інформаКожна з наведених термограм складається з шосцію для уточнення діагнозу. та фрагментів для кожної залози, отриманих шляВ варіанті 2 провадиться термометрія окремих хом послідовних суміжних позиціювань матриці ділянок молочних залоз. Цей спосіб особливо кодатчиків на поверхні залози. Таким чином, повна рисний, коли виникає потреба уточнити розміщентермограма за цим мозаїчним способом знімаєтьня, розмір та форму пухлини, для чого необхідно ся не більше ніж за 3 хвилини (залежить від розміотримати кілька термокарт під різними ракурсами. ру залози). Біла вертикальна лінія в центрі термоДля цього застосовуються невеликі матриці, що грам - це вісь симетрії (грудинна область). налічують кілька десятків сенсорів. Ці матриці обЗображення правої залози на термограмах зліва, а ладнані теплоізоляційними ручками, і оператор лівої - справа. Зони підвищеної температури внизу може тримати їх у руці, притискуючи до ділянки що - це проявлення звичайної гіпертермії підгрудних обстежується. При цьому процедура отримання зморшок, які не впливають на діагноз. температурного розподілу може включати декілька На Фіг.1 показано термограму здорової жінки послідовних позиціювань, в результаті чого конс33 років. Вона демонструє температурну симетрію труюється мозаїчна картина температурного роз(асиметрія, тобто максимальна різниця між темпеподілу обстежуваної ділянки. Для виміру темпераратурами просторово симетричних точок правої і тури лімфовузлів передбачені окремі сенсори лівої залоз, не перевищує 0.6°С. (тобто матриці, що обладнані лише одним сенсоНа Фіг.2 показано термограму молочних залоз ром). жінки 54 років, яку було прооперовано на рак моПерераховані ознаки складають сутність виналочної залози (РМЗ). Пухлину було вирізано з ліходу, тому що є необхідними в будь-яких варіантах вої залози (на термограмі це права сторона). В реалізації винаходу і достатніми для досягнення верхньому зовнішньому квадранті правої залози поставленої задачі. (на термограмі - зліва) видно пляму з підвищеною Причинно-наслідковий зв'язок відмітних ознак температурою. Температурна асиметрія з аналогівинаходу в досягненні технічного результату полячною точкою лівої сторони сягає 2.4°С, що дає гає в наступному: підставу для підозри на РМЗ. - високій точності інтелектуальних датчиків, Термограма на Фіг.3 демонструє приклад вузідентичності їх власти востей; лової форми аденоми правої молочної залози. - виключенні будь-яких калібровок датчиків, Температурна асиметрія тут не перевищує 1.6°С. можливості використання великої їх кількості без На Фіг.4 зафіксовано випадок рецидиву захвоіндивідуальних калібровок і зниження точності; рювання на РМЖ. Деякий час тому у жінки було - малій інерційності датчика, що дозволяє доповністю видалено праву залозу. Термограма посить швидко досягати температурної рівноваги з казує наявність нових очагових зон гіпертермії об'єктом; зліва (це новостворення), а також різку гіпертермі- безпосередньому зв'язку з комп'ютером на чну зону на місці видаленої правої залози, що горівні двоїчних кодів, що прискорює оперативну ворить про рецидив захворювання. Цей рецидив цифрову обробку зображення; іншими методами діагностики (рентгеномамографією та сонографією) не було виявлено. 9 70110 10 Таким чином, наведені приклади наявно дев'я, простота користування, зручність, мобільність, монструють, що запропонований нами метод здакомпактність. Крім того, він значно дешевший за тний виявити всі температурні аномалії, які в суінші. Всі ці якості можуть зробити цей метод цінчасній медицині використовуються для діагностики ним для вирішення задачі мамологічного скрипухлинних захворювань молочних залоз. При тому нінгу. він має такі переваги, як нешкідливість для здоро Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601