Разработка серии антенн-аппликаторов для неинвазивного измерения температуры тканей организма человека при различных патологиях
Опубликовано: 27.12.2012
Авторы: Веснин С.Г., Седанкин М.К.
Опубликовано в выпуске: #11(11)/2012
DOI: 10.18698/2308-6033-2012-11-423
Раздел: Биомедицинская инженерия
Проведено математическое моделирование собственного излучения биологических тканей человека на основе численного решения уравнения теплопроводности и численного решения уравнений Максвелла для многослойной среды при наличии злокачественной опухоли. Получены аппроксимационные формулы для распределения температуры в молочной железе при наличии злокачественной опухоли. На основе математического моделирования проведен анализ трех миниатюрных антенн-аппликаторов диаметром 8, 15 и 22 мм, предназначенных для измерения собственного излучения тканей человека с помощью микроволнового радиотермометра. Установлено, что миниатюрные антенны, построенные на базе круглого волновода, заполненного диэлектриком с высоким значением диэлектрической проницаемости, имеют более высокую разрешающую способность по сравнению с существующими антеннами, т. е. способность более эффективно выявлять температурные аномалии небольших размеров. Изготовлены опытные образцы антенн-аппликаторов указанных размеров.
Литература
[1] Веснин С.Г., Каплан М.А., Авакян Р.С. Современная микроволновая радиотермометрия молочных желез // Опухоли женской репродуктивной системы: ежеквартальный научно-практический журнал. – 2008. – № 3. С. 28–33
[2] Barrett A.H., Myers P.C., Sadowsky N.L. Microwave Thermography in the Detection of Breast Cancer //Am. J. Roentgenol. – 1980. – Vol. 34 (2). – P. 365–368
[3] Carr K.L., El-Mahdi A.M., Shaeffer J. Passive Microwave Thermography Coupled with Microwave Heating to Enhance Early Detection of Cancer // Microwave J. – 1982. – Vol. 25. – P. 125–136
[4] Сarr K.L. Microwave Radiometry: its Importance to the Detection of Cancer // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. – 1989. – Vol. 37 (12). – P. 1862–1869
[5] Bardati F., Iudicello S. Modeling the Visibility of Breast Malignancy by a Microwave Radiometer// IEEE Trans. Biomed. Engineering. – 2008. – Vol. 55 (1). – P. 214–221
[6] Веснин С.Г., Седанкин М.К. Математическое моделирование собственного излучения тканей человека в микроволновом диапазоне // Биомедицинская радиоэлектроника. – 2010. – № 8. – C. 33–43
[7] Jacobsen S., Stauffer P.R. Can we settle with single-band radiometric temperature monitoring during hyperthermia treatment of chestwall recurrence of breast cancer using a dual-mode transceiving applicator? // Physics in Medicine and Biology. – 2007. – Vol. 52. – P. 911–928
[8] Carr K.L., El-Mahdi A.M., Shaeffer J. Dual-mode microwave system to enhance early detection of cancer // IEEE Trans. Microwave Theory Tech. – 1981. – Vol. 29 (3). – P. 256–260
[9] Karanasiou I.S., Uzunoglu N.K. Garetsos A. Electromagnetic analysis of a non invasive 3D passive microwave imaging system // Progress In Electromagnetics Research. – 2004. – Vol. 44. – P. 287–308
[10] Foster K.R., Cheever E.A. Microwave radiometry in biomedicine: a reappraisal // Bioelectromagnetics. – 1992. – Vol. 13 (6). – P. 567–579
[11] Barrett A.H., Myers P.C., Sadowsky N.L. Microwave thermo graphy: principles, methods and clinical applications // J. Microwave Power. – 1979. – Vol. 14 (2). – P. 105–14
[12] Fear K.E., Stuchly M. Microwave detection of breast cancer// IEEE Trans. Microwave Theory Tech. – 2000. – Vol. 48 (11). – P. 1854–1863
[13] Бурдина Л.М., Пинхосевич Е.Г., Хайленко В.А., Бурдина И.И., Веснин С.Г., Тихомирова Н.Н. Радиотермометрия в алгоритме комплексного обследования молочных желез // Современная онкология. – 2005. – № 1. – С.8–9
[14] Вайсблат А.В. Медицинский радиотермометр РТМ-01-РЭС// Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. – 2001. – № 8. – С. 3–9
[15] Barrett A.H., Myers Ph.C. Subcutaneous Temperature: A method of Noninvasive Sensing // Science. – 1975. – Vol. 190. – P. 669–671
[16] Cheever E.A., Foster K.R. Microwave Radiometry in Living Tissue: What Does it Measure // IEEE Trans. Biomed. Engineering. – 1992. – Vol. 39. – P. 563–867
[17] Cheever E., Leonard J.B., Foster K.R. Depth of Penetration of Field from Rectangular Apertures into Lossy Media // IEEE Trans. MTT. – 1987. – Vol. 35. – P. 865–867
[18] Leroy Y., Bocquet B., Mammouni A. Non-invasive microwave radiometry thermometry // Physiol. Means. – 1998. – Vol. 19. – P. 127–148
[19] Троицкий В.С. К теории контактных радиометрических измерений внутреннейтемпературытел// ИзвестияВУЗов. Сер. Радиофизика. – 1981. – Т. 24. – № 9. – С. 1054–1061
[20] Рахлин В.Л., Алова С.Е. Радиотермометрия в диагностике патологии молочных желез, гениталий, предстательной железы и позвоночника // Препринт № 253. Горький, НИРФИ. 1988
[21] Патент РФ №2306099. Антенна-аппликатор для неинвазивного измерения температуры внутренних тканей биологического объекта / С.Г. Веснин
[22] Gautherie M. Temperature and Blood Flow Patterns in Breast Cancer During Natural Evolution and Following Radiotherapy // Biomedical Thermology. – 1982. – Vol. 107. – P. 21–64
[23] Jacobsen S., Stauffer P. Multi-frequency radiometric determination of temperature pro.les in a lossy homogenous phantom using a dual-mode antenna with integral water bolus // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2002. – Vol. 50. – P. 1737–1746
[24] Lee J.W., Kim K.-S., Lee S.M., Eom S.J., Troitsky R.V. A Novel Design of Thermal Anomaly for Mammary Gland Tumor Phantom for Microwave Radiometer // IEEE Trans. Biomed. Engineering. – 2002. – Vol. 49. – P. 694–699
[25] Robillaard M., Chive M., Leroy Y., Audet J., Pichot Ch., Bolomey Ch. Microwave Thermography – Characteristics of Waveguide Applicators and Signatures of Thermal Structures // J. Microwave Power. – 1982. – Vol. 17 (2). – P. 97–105
[26] Mamouni A., Leroy Y., Bocquet B., Velde J.C. V.D., Gelin F. Computation of near .eld microwave radiometric signals: denition and experimental verication // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques / – 1991. – Vol. 39 (1). – P. 124–132
[27] Carr K.L. Microwave Radiometry: its Importance to the Detection of Cancer // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1989. – Vol. 37 (12). – P. 1862–1869
[28] Ludeke K.M., Kohler J., Kanzenbach J. A new radiation balance microwave thermograph for simultaneous and independent temperature and emissivity measurements // J. Microwave Power. – 1979. – Vol. 14. – P. 117–121
[29] Yee K.S. Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media // IEEE Trans. Antennas Propagat. – 1966. – Vol. 14 (4). – P. 302–307
[30] Pennes H.H. Analysis of tissue and arterial blood temperatures in the resting human forearm // J. Appl. Physiol. – 1948. – Vol. 1. – P. 93–122
[31] Бурдина Л.М., Вайсблат А.В., Веснин С.Г., Конкин М.А., Лащенков А.В., Наумкина Н.Г., Тихомирова Н.Н. Применение радиотермометрии для диагностики рака молочной железы // Маммология. – 1998. – № 2. – C. 3–12
[32] Патент РФ №2407429. Антенна-аппликатор и устройство для определения температурных изменений внутренних тканей биологического объекта и способы определения температурных изменений и выявления риска рака / С.Г. Веснин
[33] Ng Eddie Y.-K., Sudharsan N.M. Computer simulation in conjunction with medical thermography as an adjunct tool for early detection of breast cancer // BMC Cancer 2004. – Vol. 4. – P. 17
[34] Gonzalez F.J. Thermal simulation of breast tumors // Rev. Mex. F.s. – 2007. – Vol. 53 (4). – P. 323–326
[35] Mital M., Pidaparti R. Breast Tumor Simulation and Parameters Estimation using Evolutionary Algorithms // Modeling and Simulation in Engineering. – 2008. – Vol. l. 2008, 6 pages, March 2008. doi: 10.1155/2008/756436
[36] Umadevi V., Raghavan S.V., Jaipurkar S. Framework for estimating tumour parameters using thermal imaging // Indian J. Med. Res. – 2011. – Vol. 134. – P. 725–731
[37] Lin Q.Y., Yang H.Q., Xie S.S., Wang Y.H., Ye Z., Chen S.Q. Detecting early breast tumour by .nite element thermal analysis // Journal of Medical Engineering & Technology. – 2009. – Vol. 33 (4). – P. 274–280
[38] Yang H.-q., Lin Q.-y., Ye Z., Chen S.-q., Xie S.- S. Finite element thermal analysis of breast with tumor and its comparison with thermography // Proc. of SPIE. – 2007. – Vol. 6826
[39] Jiang L., Zhan W., Loew M. Combined Thermal and Elastic Modeling of the Normal and Tumorous Breast // Proc. of SPIE. – 2008. – Vol. 6916