1.1 Что такое микроволновая
радиотермометрия

Метод микроволновой радиотермометрии (РТМ-метод) основан на измерении интенсивности собственного электромагнитного излучения внутренних тканей пациента в диапазоне сверхвысоких частот [2-11].

Интенсивность этого излучения прямо пропорционально температуре тканей. Поэтому можно говорить, что микроволновая радиотермометрия позволяет измерять внутреннюю температуру тканей и визуализировать ее на экране монитора.

1.2 В чем отличие микроволновой
радиотермометрии от
ИК термографии

Основное отличие микроволновой радиотермометрии от хорошо известной инфракрасной (ИК) термографии заключается в том, что ИК термография позволяет измерять и визуализировать температуру кожных покровов, а микроволновая радиотермометрия дает информацию о температуре на глубине нескольких сантиметров.

1.3 Отличительные свойства микро-
волновой радиотермометрии

1. Безопасность и безвредность

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.

2. Неинвазивность

Измерение внутренней температуры производится неинвазивно.

3. Способность выявлять
заболевания на ранней стадии

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.

4. Выявляет быстро растущие
опухоли

Известно, что удельное тепловыделение в опухоли прямо пропорционально скорости ее роста, т.е. быстро растущие опухоли более "горячие", и поэтому лучше видны на термограммах. Таким образом, радиотермометрия обладает уникальной способностью обнаруживать в первую очередь быстро растущие опухоли. Введение в комплексную диагностику радиотермометрических (РТМ) обследований приведет к естественной диагностической селекции больных раком молочной железы с бурным ростом опухоли [16].

5. Способность выявлять пациентов
с повышенной пролиферативной
активностью клеток

Отличительной особенностью микроволновой радиотермометрии является 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.

6. Способность осуществлять
контроль за ходом лечения

Метод микроволновой радиотермометрии абсолютно безопасен и безвреден для пациентов и врачей, поэтому его использование чрезвычайно эффективно для объективного контроля за ходом лечения.

7. Совместное использование маммографии и РТМ- метода снижает уровень ложно-отрицательных результатов до 1-3%

Маммография, визуализирует структурные изменения тканей и ее эффективность снижается с уменьшением размером новообразования. Эффективность маммографии снижается также для молодых женщин, т.к. железистая ткань молочной железы для этой возрастной группы, как правило, не прозрачна для рентгеновских лучей. РТМ метод выявляет тепловые изменения, которые, в первую очередь, зависят от скорости роста опухоли, и в меньшей степени зависят от ее размеров. Поэтому совместное использование этих двух аппаратных методов в алгоритме комплексной диагностики снижает долю ложно-отрицательных заключений до 1-3%

1.4 Историческая справка

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. Для приема теплового электромагнитного излучения он применял супергетеродинный приемник Дайка [4], широко используемый в радиоастрономии. Эти опыты оказались успешными, так как для этого диапазона ткани тела относительно прозрачны.

В 1980 году он опубликовал результаты измерений 4 тысяч пациентов [3]. При этом одна тысяча пациентов была обследована с помощью радиотермометра и тепловизора. Было показано, что совместное использование ИК термографии и РТМ метода позволяет получить чувствительность 90%, что соизмеримо с данными маммографии. Это было первое исследование возможности РТМ метода. 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 для исследователей. Дальнейшее развитие это направление получило в [6-10].

В России работы по использованию радиотермометрии в медицине начались в конце 70х годов в Нижнем Новгороде. За эти годы было опубликовано около сотни работ по использованию радиотермометрии в маммологии и в других областях медицины[11-15]. Но, несмотря на очевидные достоинства метода, он не получил должного применения в медицинской практике.

1.5 Тепловые методы диагностики и
динамика опухолевых процессов

Наиболее простая модель развития рака молочной железы предложена Schwarz в 1961 году. Согласно этой модели «Естественная история роста» рака молочной железы начинается от «первой» гипотетической клетки и завершается гибелью организма после 40 удвоений объема. Динамика развития опухоли характеризуется временем удвоения объема (массы, числа клеток) в опухоли. Это время удвоения (ВУ) является величиной постоянной для данного пациента, несмотря на большую вариабельность ВУ (от 3 дней до нескольких сотен дней у разных пациентов). Биологическая история развития опухоли может быть разделена на доклинический и клинический периоды. Граница между периодами условна и определяется существующими диагностическими возможностями.

Важно отметить, что ¾ всей жизни опухоли происходит на доклинической стадии и только ¼ часть разворачивается перед глазами больного и врача. В среднем доклинический период составляет 8-10 лет. В этом заключается проблема диагностики рака молочной железы с использованием методов, которые визуализируют структурные изменения. «"клинически раннее" выявление опухоли с биологической точки зрения, считается "поздним". Скрининг с целью раннего выявления рака молочной железы, проводимый по общепринятой методике через 12-24 месяца между турами, не может гарантированно выявить опухоли с бурным ростом, которые составляют 1/4 всех раков. Поэтому целесообразно стандартный скрининг (с интервалами 12-24 месяца) дополнить другими неинвазивными методами обследования" [1].

Выдающийся французский ученый M. Gautherie в течении 16 лет исследовал вопросы тепловыделение злокачественных опухолей. Результаты своих исследований он изложил в работе [5], где показал, что быстрорастущие опухоли с малым временем удвоения характеризуются большим удельным тепловыделением. При бурном развитии опухоли повышаются энергетические затраты и тепловыделение растет.

Эти экспериментальные данные представлены на рис. 1

Таким образом, наиболее опасные опухоли (опухоли с малым ВУ) при тепловых методах диагностики будут выявлены в первую очередь, т.е. при тепловых методах диагностики происходит естественная селекция больных с бурным ростом опухоли.

1.6 Электромагнитное излучение
нагретого тела

Согласно законам физики, любое нагретое тело излучает в широком диапазоне длин волн и в частности в используемом в радиотермометре дециметровом диапазоне.

Это свойство нагретых тел используется для измерения усредненной температуры внутренних тканей и обнаружения температурных аномалий (повышенной или пониженной температуры внутренних тканей).

Мощность шумов принимаемая антенной, находящейся в контакте с равномерно нагретой поглощающей средой в случае полного согласования равна:

P=кT Df, где:

k - постоянная Больцмана ( 1.38 х 10^-23 Дж/°К)

Df - полоса частот, в которой ведется прием

Т - температура биологической среды в °К

Таким образом, мощность на выходе антенны пропорциональна температуре ткани.

При температуре среды 309°К , т.е. 36°С мощность принимаемых сигналов составляет величину порядка 3 х 10^-13 Вт. Эта величина соизмерима с уровнем собственных шумов приемного устройства и для ее измерения применены специальные методы приема и обработки сигналов.

1.7 Яркостная температура

Рис. 2

Температура измеряемая с помощью радиотермометра называется яркостной температурой и представляет собой усредненное значение температуры в объеме (цилиндре) непосредственно под антенной. Диаметр цилиндра примерно равен 5 см, длинна 3-5см, в зависимости от влагосодержания ткани.

1.8 Состав диагностического
комплекса РТМ-01-РЭС

В 1997 году Фирмой РЭС был разработан компьютеризированный диагностический комплекс РТМ-01-РЭС.

Общий вид диагностического комплекса представлен на рис 2.

Прибор надежен, прост в эксплуатации и не имеет органов оперативной регулировки.

В состав комплекта входят следующие основные блоки:

радиодатчик с антенной-аппликатором (РД)
датчик температуры кожи (КД)
блок обработки информации (БОИ)

В состав комплекса также входит персональная ЭВМ и принтер. Связь радиотермометра с ЭВМ осуществляется дискретным кодом. Результаты РТМ обследования воспроизводятся на мониторе компьютера или на принтере в виде термограммы и температурного поля на проекции обследуемого органа.

Достоинством комплекса РТМ-01-РЭС является наличие в составе аппаратуры экспертной системы по дифференциальной диагностике рака молочной железы. Экспертная система проводит исследование по многим критериям, включая термоасимметрию, дисперсию температуры внутри одной железы и ряду других критериев.

Прибор запатентован в РФ и разрешен к применению в медицинской практике Минздравом РФ. Имеет Сертификат соответствия, Сертификат об утверждении типа, Регистрационное удостоверение. Лицензия на производство №12.1283-00.

1.9 Основные медико-технические
параметры РТМ-01-РЭС

Таблица 1.

Наименование	Величина
Глубина обнаружения температурной аномалии (т.е. локального понижения или повышения температуры), см	3 - 7 в зависимости от влагосодержания тканей
Точность определения глубинной усредненной температуры, °С, в диапазоне температур 32 - 38 °С	± 0,2
Время измерения глубинной температуры в одной точке, с	8
Диаметр антенны - аппликатора, мм	39
Точность измерения температуры кожи, °С	± 0,2
Время измерения температуры кожи при перепаде температур 32 - 38 °С, с	1
Масса основного комплекта, кг	4
Потребление от сети 220 В 50 или 60 Гц, Вт	20

1.10 Порядок проведения РТМ-обследования

Во время РТМ-обследования пациентка лежит на спине, руки за головой. Измерения проводятся в 9 точках каждой молочной железы, в аксилярных областях и в двух опорных точках. Для проведения измерения эксперт прикладывает антенну аппликатор на исследуемую точку, ждет несколько секунд, пока показания температуры стабилизируются, и на экране компьютера не появятся сигнал, сообщающий о том, что можно вносить результаты измерения в компьютер. После этого эксперт нажимает кнопку на датчике температуры, и текущее значение температуры записывается в компьютер. Затем эксперт переносит датчик температуры с одной молочной железы на симметричную точку второй молочной железы. После измерения внутренней температуры производится измерения температуры кожи в тех же точках, где производилось измерение внутренней температуры. Затем эксперт осуществляет анализ результатов.

1.11 Визуализация температурных
полей

Рис. 3

Результаты измерения температуры отражаются в виде графика, где по горизонтальной оси отложено наименование точек измерения, а по вертикальной - значение измеренных температур (рис. 3).

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 (рис 4).

Рис. 4

Участки с пониженной температурой, передаются "холодными" цветами (синими), а с повышенной температурой – "теплыми" цветами (розовым, красным). При использовании этого метода хорошо наблюдаются 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.

1.12 Клинические испытания
РТМ-01-РЭС

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

Филиал № 1 Маммологического диспансера;
Городская клиническая больница № 40;
Российском онкологическом Научном центре им. Блохина, РАМН
Городской Онкологический диспансер Комитета Здравоохранения г. Москвы.
Центральном Военный Госпиталь им. Ак. Н.Н. Бурденко.

Целью испытаний являлось исследование возможности 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 обследований. Результаты РТМ-диагностики сопоставлялись с результатами гистологических исследований. Испытания проводились "слепым" методом (в процессе РТМ-диагностики врач не был знаком с результатами обследований, проводимых другими методами).

Рис. 5

Результаты испытаний представлены на гистограмме (рис. 5).

1.13 Результаты клинических испытаний РТМ-01-РЭС

Из гистограммы видно, что результаты испытаний во всех клиниках хорошо согласуются между собой, при этом чувствительность метода составляет 85-94 %, специфичность
75-80%, точность 77-90%, что соизмеримо с результатами маммографических обследований.

В 1999 году на базе городского Онкологического Диспансера Комитета Здравоохранения под руководством проф. А.М. Сдвижкова был проведен анализ эффективности РТМ-обследований с целью оценки его диагностических возможностей, и определения места радиотермометрии в алгоритме комплексной диагностики заболеваний молочных желез.

Проведенные исследования показали, что РТМ-диагностика позволила достаточно четко разделить пролиферативные формы мастопатии и фиброаденомы от мастопатии и фиброаденомы без пролиферации, и таким образом выделить пациентов, относящихся к группе повышенного риска в плане возникновения рака молочной железы, и требующих динамического наблюдения либо активного хирургического лечения в специализированных центрах [17].

По инициативе Московского Правительства в филиале №1 Московского Маммологического диспансера в 2002 году под руководством проф. Л. М. Бурдиной были проведены клинические испытания радиотермометра РТМ-01-РЭС. Это были шестые по счету клинические испытания РТМ-01-РЭС за последние годы. За время прошедшее со времени последних испытаний в Онкодиспансере Комитета Здравоохранения г. Москвы метод РТМ диагностики претерпел существенные изменения и было важно понять, как это повлияло на эффективность диагностики. Особенностью проведенных испытаний является также исследование возможности применения РТМ-метода в комплексе с маммографией и другими методами диагностики заболеваний молочных желез.

В течение шести месяцев в филиале Маммологического диспансера было обследовано 155 пациентов, из них 28 больных раком молочной железы. Важным итогом проведенных испытаний явилось отсутствие РТМ пропусков рака молочной железы. Впервые такой же результат был зафиксирован во время испытаний в Радиологическом центре госпиталя им. Н.Н. Бурденко.

Чрезвычайно важным является тот факт, что РТМ-метод выявил все непальпируемые и рентгено-негативные опухоли. Таким образом, еще раз удалось подтвердить ранее установленную закономерность, что совместное использование маммографии и РТМ метода снижает долю ложно-отрицательных заключений до 1-3%.

1.14 География применения

Последние годы заметно вырос интерес зарубежных специалистов к РТМ технологии. В настоящее время за рубежом нет серийно выпускаемых радиометров, в тоже время высокий потенциал этого направления очевиден. В настоящее время РТМ - технология с успехом используется во многих медицинских центрах США, Канады, Австралии, Германии, Англии, Кореи, Словении, Украине и других странах мира.

В госпиталях США и Канады в настоящее время идет подготовка к проведению клинических испытаний РТМ - аппаратуры для ранней диагностики рака молочной железы. В России РТМ-01-РЭС используется более чем в 40 медицинских учреждениях во многих регионах страны. Москва, Санкт Петербург, Уфа, Череповец, Воронеж, Сочи, Тверь, Анапа, Курск, Орск, Нижневартовск, Ставрополь, Калининград - вот не полный список городов, где в настоящее время с успехом используется РТМ-диагностика.

1.15 Области применения

Заболевания молочной железы не единственное применение радиотермометрии.

В программное обеспечение входящее в РТМ-01-РЭС обеспечивает возможность проведение РТМ измерений следующих органов:

Молочная железа
Почки
Печень
Легкие
Шейный отдел позвоночник
Центральный отдел позвоночника
Нижний отдел позвоночника
Область малого таза
Щитовидная железа
Кранио-цервикальный отдел

Программное обеспечение позволяет оперативно создать необходимый интерфейс для других заболеваний внутренних органов, не представленных в стандартной комплектации.

Кроме основного датчика внутренней температуры диаметром 40 мм. в комплект поставки может входить миниатюрный датчик температуры диаметром 23 мм. Этот датчик целесообразно использовать для диагностики заболеваний щитовидной железы и других органов, имеющих малые габариты.

Помимо миниатюрного аппликатора в состав РТМ может входить ректальный и вагинальный аппликаторы, которые могут быть использованы в гинекологии и урологии.

РТМ-технология достаточно универсальный метод, который может использоваться для широкого круга заболеваний, сопровождающихся изменением внутренней температуры.

Очевидно, что это в первую относится к различным воспалительным заболевания. В 2001 году в Государственном центре Лазерной Медицины под руководством проф. А. В. Гейница была защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук по РТМ диагностике аппендицита [22].

В 29 клинической больнице г. Москвы под руководством проф. В.П. Овдошина проводятся работы по использованию РТМ технологии в урологии [24]. В этом же направлении РТМ технология используется в Израильском медицинском центре «Он-Клиник». На базе Клиники эндокринной хирургии ММА, г. Москва, в настоящее время проводятся исследования по использованию РТМ-метода для диагностики заболеваний щитовидной железы. В Арканзаском университете (США) РТМ технология используется для контроля температуры во время лечения злокачественного новообразования с помощью лазера. При этом, в область новообразования через световод вводится энергия лазера, нагревающая опухоль до температуры 80 С^О, при которой погибают раковые клетки [21]. РТМ технология в данном случае используется для контроля температуры при лазерном нагреве.

Особенности РТМ-показателей при изолированной и сочетанной нейротравме, при острой неврологической и нейрохирургической патологии - опухоли головного и спинного мозга освещены в работах С.М. Колесова[15]

Представляют большой интерес работа Густова [14], посвященная сосудистой патологии головного мозга, опухолям головного мозга и остеохондрозу позвоночника с радикулярными проявлениями, в особенности, дискогенному радикулиту.

В Государственном центре Лазерной Медицины РТМ используется для диагностики головной боли напряжения [23]. Это далеко не полный перечень возможных применений радиотермометрии в медицине. По сути, это достаточно универсальный метод, который может быть использован для любых заболеваний, сопровождающихся повышением внутренней температуры или температуры кожи.

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 Dicke, “ The Measurement of Thermal Radiation at Microwave Frequencies” The review of Scientific Instruments, Jul. 1946, vol.17, № 7pp.268-275

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

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

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

8 J. W. Hand, G.M. J. Van Leeuwen, S. Mizushina, J.B. Van de Kamer, K. Maruyama, T. Sugiura, D.V. Azzopardi, A.D. Edwards, “Monitoring of deep brain temperature in infants using multi-frequency microwave radiometry and thermal modelling, Phys Med. Biol.(2001) 1885-190

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

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

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

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

13 Малыгин А.А. Радиотермометрия в диагностике заболеваний молочной железы. Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. Н. Новгород, 1993г

14 Густов А.В. Клинико-радиотермометрическии критерии диагностики заболеваний нервной системы. Автореферат дисс. докт. мед.наук. Горький, 1988

15 Колесов С.Н. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук, Москва,1999

16 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.

17 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.

18 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.

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

20 Каневцов Валерий Викторович – Оптимизация подходов к диагностике и лечению заболеваний молочной железы. Москва, Военная книга, 2001

21 Vladimir P. Zharov, Lames Y. Suen, Steven E. Harms, Sergey G. Vesnin, Scott Scarape Photothermal/Microwave Radiometry for Imaging and Temperature Control, SPIE’s BiOS, San Jose Convention Center San Jose, California USA, 2002

22 Дауд Хамада Глубинная микроволновая радиотермография в комплексной диагностике острого аппендицита Автореферат Диссертации на соискание ученой степени Кандидата медицинских наук, Москва, 2001

23 Гусейнов Т.Ю., Веснин С.Г. Микроволновая радиотермометрия в диагностике мышечно-суставных расстройств при цервикогенной головной боли. тез. докл. Российской научно-практической конференции "Клинические и теоретические аспекты боли". М-2001 С.28-29

24 Авдошин В.П., Андрюхин М.И., Ширшов В.Н Применение радиотермометрии в диагностике острого пиелонефрита Вестник РУДН Москва, 2002


	Представительство ассоциации в России: Фирма РЭС 105082, Россия, Москва, ул. Большая Почтовая, 22 тел. +7 (495) 229-41-83 тел./факс +7 (499) 261-31-47 e.mail res@resltd.ru

Основы микроволновой радиотермометрии.