Радиотермометрия в алгоритме  комплексного обследования молочных желез

Бурдина Л.М., Пинхосевич Е.Г., Хайленко В.А., Бурдина И.И., Веснин С.Г., Тихомирова Н.Н.

Ранняя диагностика рака молочной железы в настоящее время является одной из актуальных проблем. Известно, что ¾ всей жизни опухоли происходит на доклинической стадии и только ¼ часть разворачивается перед глазами больного и врача [1]. В среднем доклинический период составляет 8-10 лет, и в течение которого опухоль не регистрируется с помощью рентгенологических и ультразвуковых методов исследования. Таким образом "Клинически раннее" выявление опухоли с биологической точки зрения, может быть "поздним"[1]

Появившийся в последнее время метод микроволновой радиотермометрии [2-8] основан на измерении интенсивности собственного электромагнитного излучения внутренних тканей пациента в диапазоне сверхвысоких частот, которое пропорционально температуре тканей. Изменение температуры (температурная аномалия) может быть, в частности, вызвано усиленным кровотоком и метаболизмом раковых клеток, на чем и основана ранняя диагностика рака. Так как биоткани относительно прозрачны для электромагнитных волн радиодиапазона, это позволяет измерять температуру тканей на глубине нескольких сантиметров.

Согласно существующим представлениям, изменение температуры тканей обычно предшествует структурным изменениям, которые обнаруживаются при общепринятых методах исследования молочной железы - УЗИ, маммографии, пальпации. Поэтому, радиотермометрия представляет интерес для ранней диагностики заболеваний. Кроме того, метод радиотермометрии по своему принципу действия абсолютно безопасен и безвреден для пациентов и обслуживающего персонала, так как при исследовании производится измерение интенсивности собственного электромагнитного излучения тканей человека. Поэтому, использование радиотермометрии чрезвычайно эффективно для объективизации контроля за ходом лечения и для проведения профилактических обследований.

Теоретические основы использования РТМ метода в маммологии базируются на исследованиях французского ученого M. Gautherie, которые проводились в течение 16 лет [9]. Основываясь на клинических данных о 85000 пациентах, он ежегодно проводил изучение взаимосвязи между тепловыми аномалиями, физиологическими процессами, данными рентгеновского  и гистологического исследований. Кроме того, с помощью термопар, расположенных на конце иглы, измерялись температуры злокачественной опухоли молочной железы и окружающих тканей. Результаты его исследований представлены на рис. 1 (по оси Y указано тепловыделение опухоли, а по оси X -время удвоения.)

Рис.1

Эти данные убедительно показывают, что тепловыделение опухоли прямо пропорционально скорости ее роста. Таким образом, радиотермометрия обладает уникальной способностью обнаруживать в первую очередь быстро растущие опухоли. Введение в комплексную диагностику радиотермометрических (РТМ) обследований может способствовать естественной диагностической селекции больных раком молочной железы с бурным ростом опухоли [10].

Следует отметить, что все работы по тепловым методам диагностики рака молочной железы базируются на этом законе, экспериментально установленном Gautherie и нам не известны работы, опровергающие выводы Gautherie о линейной связи  между тепловыделением опухоли и скоростью ее роста.

Отличительной особенностью микроволновой радиотермометрии является и ее способность различать пролиферативные формы мастопатии и фиброаденомы от мастопатии и фиброаденомы без пролиферации и, таким образом, выделять пациентов группы риска, у которых при определенных условиях может возникнуть рак молочной железы[15].

Основное отличие РТМ метода от широко известной в 70-80 годы ИК термографии состоит в том, что последняя измеряет температуру кожи, а радиотермометрия измеряет температуру тканей на глубине нескольких сантиметров. Известно, что эффективность ИК термографии снижается для опухолей диаметром менее 1 см [11]. Еще в конце 70х годов M. Gautherie [12] предположил, что измерение подкожной температуры позволит увеличить чувствительность при выявлении минимальных раков.

Впервые радиотермометрию для диагностики рака молочной железы применил американский ученый А. Barrett в 1975 году [2]. Он проводил измерения собственного электромагнитного излучения тканей на длине волны 23 сантиметра и 9 сантиметров.

Всего им было обследовано 5 тысяч пациентов [3]. Четыре тысячи пациентов в диапазоне 23 сантиметров и одна тысяча с использованием радиотермометра, работающего на длине волны 9 сантиметров.  Чувствительность метода составила 70%, специфичность 70%. При комплексном использовании радиотермометрии и ИК термографии чувствительность поднималась до 90%, при этом специфичность составляла 50%. Очевидно, что технические возможности в конце 70х годов были весьма ограниченными, но, несмотря на это, уникальные исследования Barrett, проведенные более четверти века назад и по сей день представляют большую научную ценность.

В России работы по использованию радиотермометрии в медицине начались в конце 70х годов в Нижнем Новгороде[13-14]. За эти годы было опубликовано около сотни работ по использованию радиотермометрии в маммологии и в других областях медицины. Но несмотря на очевидные достоинства метода он не получил должного применения в медицинской практике.

В 1997 на Российском рынке появилось  новое поколение компьютеризированных диагностичеких комплексов совмещенных с ЭВМ (РТМ-01-РЭС) [16]. В отличие от радиотермометров первого поколения, представляющих собой измерители внутренней температуры, компьютеризированные диагностические комплексы включают в себя измеритель внутренних температур, ИК измеритель температуры кожи, средства визуализации, обработки и оценки полученной информации (экспертная система). 

Измерение внутренней температуры производится модуляционным ноль радиометром со скользящей схемой компенсации отражений между биологическим объектом и антенной.

Прием электромагнитного излучения осуществляется на длине волны 26 сантиметров с помощью контактной антенны- аппликатора, устанавливаемой на проекцию исследуемого органа.

Основными медико-техническими параметрами радиотермометра РТМ-01-РЭС являются:

-     глубина обнаружения температурных аномалий не менее 4...5 см., что позволяет исследовать молочную железу по всей глубине;

-     точность измерения температуры внутренних тканей - ±0.15°С;

-     время измерения в одной точке - 7 с., общее время обследования пациента-15мин;

-     диаметр антенны -аппликатора - 39 мм.;

-     мощность, потребляемая от сети 220 В 50 Гц (60 Гц) - 20 Вт;

-     масса основного комплекта - 4 кг.

Информация о температуре индицируется на трехзначном цифровом табло с дискретностью 0.1°С.

Для измерения температуры кожи используется бесконтактный инфракрасный измеритель поверхностных температур.

Связь с персональной ЭВМ осуществляется через последовательный порт. Программа «РТМ-Диагностика», входящая в состав диагностического комплекса обеспечивает ввод и сохранение данных о пациенте, а также визуализацию и обработку результатов измерений.

Температура измеряется в 9-ти точках молочной железы, в аксилярных областях и двух опорных точках, что позволяет обследовать всю область молочной железы.

Обследование проводится в положении пациенток лежа на спине, руки под головой. Это нормирует расположение измеряемых точек, повышает общую точность измерений благодаря естественному уплощению молочной железы.

Результаты измерения температуры отражаются в виде графика,  где по горизонтальной оси отложено наименование точек измерения, а по вертикальной - значение измеряемых температур

 Этот способ представления данных удобен для оценки разности температур в одноименных точках правой и левой молочной железы, но он не позволяет наглядно отобразить изменение температуры в каждой из молочных желез. Поэтому наряду с использованием термограмм, был использован способ визуализации поля температур, где каждое значение температуры передается на экране монитора своим цветом.

Участки с пониженной температурой передаются «холодными» цветами (синим), а с повышенной температурой - «теплыми» цветами (розовым, красным). При этом методе хорошо различаются зоны температурных аномалий, соответствующие, в частности, расположению злокачественных новообразований. Следует отметить, что методы визуализации наглядны и доступны медицинскому персоналу, их проще интерпретировать, чем численные значения измеренной температуры.

Клинические испытания представленного подхода были проведены более чем на 1000 пациентах в 5-х лечебных центрах Москвы под руководством ведущих российских специалистов:

- Филиал № 1 Маммологического диспансера;

- Городская клинической больнице № 40;

- Всероссийский онкологическом Научном центре им. Блохина РАМН

- Онкологический диспансере Комитета Здравоохранения г. Москвы.

- Центральный Военный Госпиталь им. Ак. Н.Н. Бурденко.

Целью испытаний являлось определение возможностей использования диагностического комплекса РТМ-01-РЭС для диагностики рака молочной железы и контроля за ходом лечения доброкачественных заболеваний.

РТМ-обследование проводилось независимо от клинического, рентгенологического и других исследований. Результаты РТМ-диагностики сопоставлялись с результатами гистологических и цитологических исследований.

Результаты клинических испытаний РТМ-01-РЭС


Рис. 2.

Из гистограммы видно, что результаты испытаний во всех клиниках хорошо согласуются между собой, при этом чувствительность метода составляет 85-94 %, специфичность 75-80%, что соизмеримо с результатами маммографических обследований [15].

Результаты эксплуатации диагностического комплекса в 50 медицинских центрах, более чем десяти стран мира подтверждают его высокую эффективность.

Высокую чувствительность метода подтверждает также сообщение о проведенных в США слепых испытаний РТМ-метода. Испытания проводились под руководством Dr. Staren в Ohio Cancer Institute. Основной целью испытаний явилась:

1.     Возможность воспроизведения результатов клинических испытаний проведенных в Российских клиниках.

2.     Подтверждение высокой точности интерпретации термограмм.

Важно отметить, что согласно нашей статистике РТМ диагностика выявляет до 80% всех ренгено-негативных раков. В свою очередь маммография выявляет 2/3 всех термонегативных раков. Рентгеновская маммография дает возможность выявлять мельчайшие структурные изменения тканей, но ее эффективность снижается у молодых женщин с плотными железистыми структурами, которые нивелируют небольшие узловые образования. РТМ метод выявляет тепловые изменения, которые, в первую очередь, зависят от скорости роста опухоли, и в меньшей степени от ее размеров. Поэтому совместное использование этих двух аппаратных методов - маммографии и радиотермометрии в алгоритме комплексной диагностики позволяет снизить число ложно отрицательных заключений до 1-3 %.

Несомненным достоинством метода является возможность его использования для контроля за ходом лечения доброкачественных заболеваний молочных желез. РТМ метод чувствительный инструмент, фиксирующий малейшие изменения тепловой активности тканей, сопряженные со степенью выраженности пролиферативных процессов. Поэтому при правильном подборе консервативной терапии отмечается снижение термальных показателей, свидетельствующих о нормализации состояния молочных желез [16-19]. Нарастание термального показателя является свидетельством неадекватности терапевтического воздействия.

Литература:

1           В.М. Моисеенко, В.Ф. Семиглазов Кинетические особенности роста рака молочной железы и их значение для раннего выявления опухоли. Маммология, № 3, 1997 стр. 3-12.

2           A.H.Barrett, Ph. C. Myers, “Subcutaneous Temperature: A method of Noninvasive Sensing”, Science, Nov.14, 1975,vol.190, pp.669-671.

3           A.H. Barrett, Ph. C. Myers, N.L. Sadovsky “ Microwave Thermography in the Detection of Breast Cancer” AJR: 134, February 1980, pp.365-36

4           Yves Leroy, Bertrand Bocquet and Mammouni, “Non-invasive microwave radiometry thermometry” Physiol. Means. 19 (1998) 127-148

5           Рахлин В.Л., Алова С.Е. Радиотермометрия в диагностике патологии молочных желез, гениталий, предстательной железы и позвоночника. Препринт № 253, Горький, НИРФИ, 1988.

6           В.М.Поляков, А.С.Шмаленюк СВЧ- термография и перспективы ее развития. Электроника СВЧ, вып.8(1640) Москва 1991г

7           Вайсблат А.В. “Медицинский радиотермометр” Биомедицинские технологии и радиоэлектроника 2001 №8

8           Carr K.L. Microwave Radiometry: its Importance to the Detection of Cancer. IEEE MTT, vol. 37 № 12 Dec. 1989

9           M. Gautherie Temperature and Blood Flow Patterns in Breast Cancer During Natural Evolution and Following Radiotherapy -Biomedical Thermology,1982, p. 21 – 64

10        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 1998г. №2 стр. 3-12

11        Кучиеру А. Г. Организационные и методические аспекты выявления “ минимальных” (менее 1 см в диаметре) форм рака молочной железы, Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук, Ленинград, 1985

12        M. Gautherie, J. Edrich, R. Zimmer, J.I. Guerguin-kern, J. Robert “Millimeter Wave Thermography: Application to Breast Cancer – Preliminary Results, “J. of Microwave Power, 14 (2), 1979

13        Троицкий В.С. К теории контактных радиотермометрических измерений внутренней температуры тел. // Изв.вузов. Сер. Радиофизика. - 1981.- т.24,. № 9- с.1054

14        Малыгин А.А. Радиотермометрия в диагностике заболеваний молочной железы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. Н. Новгород, 1995.

15        Сдвижков A.M., Веснин С.Г., Карташева А.Ф., Бяхов M.Ю., Гуртовой И.Я„ Борисов В.И., Араблинский В.М., Козловский О.М., Соболь М.Ю., Гончаров В.Я., Торлина В.Е., Макарова Е.Э., Попова С.В. «О месте радиотермометрии в маммологической практике».
Актуальные проблемы маммологии, -М.2000г.стр.28-40.

16        Бурдина Л.М., Хайленко В.А., Кижаев Е.В, Легков А.А., Пинхосевич Е.Г., Мустафин Ч.К, Вайсблат А.В., Веснин С.Г., Тихомирова Н.Н. Применение радиотермометра диагностического компьютеризированного интегральной глубинной температуры ткани для диагностики рака молочной железы, Пособие для врачей, РМАПО,1999.

17        Наумкина Н.Г. Новые подходы к диагностике и лечению фиброзно-кистозной болезни молочной железы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. Москва, 1999г.

18        Каневцов В. В. – Оптимизация подходов к диагностике и лечению заболеваний молочной железы. Москва, Военная книга, 2001

19        V. P. Zharov, L. Y. Suen, S. E. Harms, S.G. Vesnin, S. Scarape Photothermal /Microwave Radiometry for Imaging and Temperature Control, SPIE’s BiOS, San Jose Convention Center San Jose, California USA, 2002