تشخیص بافت سالم و تومورال پستان با استفاده از تحلیل مشخصه دمایی سطحی بافت سرطانی پستان در طول درمان با امواج مایکروویو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده کاربرد پرتوها، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، سازمان انرژی اتمی، تهران، تهران، ایران

چکیده

سرطان مشکل اصلی بهداشت عمومی در سراسر جهان و یکی از علل مهم مرگ و میر در جهان است. سرطان پستان و فیبروم‌­ها از جمله توده‌هایی هستند که در میان بانوان شایع می‌­باشند و در صورتی­‌که به­موقع تشخیص داده شوند، روند بهبود و درمان به ­طور قابل ملاحظه­ ای افزایش خواهد یافت. در این مقاله، به تشخیص کیست پستان بر اساس مشخصه دمایی سطحی بافت پستان پرداخته شده است. برای این منظور مشخصه دمایی پستان دارای کیست، مورد ارزیابی قرار گرفته است. انتقال گرما داخل پستان با استفاده از معادله گرمای زیستی پنس و به روش المان محدود، حل شده است. در این مطالعه، با توجه به تفاوت ویژگی­‌های دی ­الکتریک بافت پستان سالم و تومورال، توزیع دمایی بر روی سطح پستان همراه با کیست، برای سایزهای مختلف کیست مشخص شده است. برای این منظور پارامترهایی همچون افزایش دما و سطوح SAR مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان می­‌دهد که با یک مقدار مشابه از انرژی کل برای امواج الکترومغناطیس، سطح دمای بافت که در معرض امواج قرار گرفته است بدون توجه به ترکیب توان ورودی ثابت باقی می­‌ماند. همچنین از نتایج به‌دست آمده مشاهده می‌­شود تا زمانی که سایز تومور افزایش می‌­یابد، تأثیر تشعشع بر روی بافت پستان نیز بیشتر می‌­شود و از این‌رو ناحیه بدخیم نسبت به ناحیه سالم بافت پستان، قابل تمایز است. نتایج  نشان دهنده  تفاوت در مشخصه دمای سطحی پستان نرمال و پستان همراه با کیست با اندازه‌های مختلف می‌باشد که می­تواند معیاری در تشخیص عارضه کیست پستان نسبت به پستان نرمال قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Diagnosis of healthy and tumoral breast tissue using surface temperature characteristic analysis of tumoral breast tissue during treatment with microwave tomography

نویسندگان [English]

  • Mohsen Mehrabi
  • Hojjatollah Mahani
Radiation Application Research School, Nuclear Science and Technology Research Institute, Atomic Energy Organization, Tehran, Iran
چکیده [English]

Cancer is a significant public health problem worldwide and one of the leading causes of death worldwide. Breast cancer and fibroids are common among women, and if they are diagnosed on time, recovery and treatment will increase significantly.
In this article, breast cysts are diagnosed based on the surface temperature characteristic of breast tissue. For this purpose, the temperature characteristics of a breast with a cyst have been evaluated. Heat transfer inside the breast is modeled by Penne’s bio-heat equation and solved by the finite element method. In this study, due to the difference in the dielectric properties of healthy and tumor breast tissue, the temperature distribution on the surface of the breast with a cyst of different sizes was determined. For this purpose, parameters such as temperature and SAR levels were examined and evaluated. The results show that with a similar amount of total energy for electromagnetic waves, the temperature level of the tissue exposed to the waves remains constant regardless of the input power combination. Also, results show that as the size of the tumor increases, the effect of radiation on breast tissue increases, and therefore the malignant area can be distinguished from the healthy area of breast tissue. The results show the difference in the surface temperature characteristics of the normal breast and breast with a cyst of various sizes, which can be a criterion in diagnosing the complication of breast cysts compared to normal breasts.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Breast tissue
  • Tumor
  • Finite element method
  • Temperature distribution
  • Electromagnetic Waves

مراجع

  1. D. Perpetuini, C. Filippini, D. Cardone, A. Merla. An overview of thermal infrared imaging-based screenings during pandemic emergencies. Int. J. Environ. Res. Public Health 18 (6) (2021) 3286.
  2. M. Lazebnik, D. Popovic, L. McCartney, C. Watkins, M. Lindstrom, J. Harter, S. Sewall, T. Ogilvie, A. Magliocco, T. Breslin, W. Temple, D. Mew, J. Booske, M. Okoniewski, S. Hagness. A large-scale study of the ultrawideband microwave dielectric properties of normal, benign and malignant breast tissues obtained from cancer surgeries. Phys. Med. Biol. 52 (2007) 6093-6115.
  3. A. Santorelli, M. Popovic. SAR distribution in microwave breast screening: results with TWTLTLA wideband antenna. 7th Int. Conf. Intelligent Sensors, Sensor Networks Info. Processing (ISSNIP) (2011) pp. 152-158.
  4. L. Vojackova, I. Merunka, O. Fiser, J. Vrba. Interstitial applicators for breast cancer treatment by microwave thermoablation. 24th Int. Conf. Radioelektronika (2014) pp. 410-415.
  5. A. Sanpanich, Y. Kajornpredanon, P. Phasukkit, S. Tungjitkusolmun, C. Pintavirooj, P. Nantivatana. Opened-tip applicator and ex vivo experimental results for microwave breast cancer ablation. IEEE AsiaPacific Conf. Antennas Propagation (APCAP) (2012) pp. 168-175.
  6. A. Manzanarez, J. E. Lara, A. Vera. Influence of the surrounding tissues in the radiation pattern of microcoaxial antenna for the treatment of breast tumors. 3rd Int. Conf. Elect. Eng. Comput. Sci. Aut. Control (CCE) (2016) pp. 215-223.
  7. B. S. Park, A. Razjouyan, L. M. Angelone, B. McCright, S. S. Rajan. RF safety evaluation of a breast tissue expander device for MRI: Numerical Simulation and experiment. IEEE Trans. Elect. Compatibility 59 (5) (2017) 265-275.
  8. E. Y. K. Ng. A review of thermography as promising noninvasive detection modality for breast tumor. Int. J. Thermal Sci. 48 (2009) 849-859.
  9. M. H. Bah, J. S. Hong, D. A. Jamro. Study of breast tissues dielectric properties in UWB range for microwave breast cancer imaging. Int. Conf. Comput. Info. Sys. Industrial Appl. (2015) pp. 1254-1263.
  10. M. Zhang, T. Azuma, X. Qu, R. Narumi, S. Takagi, Y. Matsumoto, K. Okita, H. Furusawa, J. Shidooka. Temperature distribution analysis for high intensity focused ultrasound breast cancer treatment by numerical simulation. IEEE Int. Ultrasonics Symposium Proc. (2015) pp. 627-635.
  11. S. Rahmatinia, B. Fahimi. Magneto-Thermal modeling of biological tissues: a step toward to breast cancer detection. IEEE Trans. Magnetics 53 (6) (2017) 127-135.
  12. Y. C. Lai, C. B. Soh, E. Gunawan, K. S. Low. Homogenous and heterogenous breast phantoms for ultra-wideband microwave imaging applications. Progress Elect. Res. 100 (2010) 397-415.
  13. J. A. H. Tuncay, I. Akduman. Realistic microwave breast models through T1-weighted 3-D MRI data. IEEE Trans. Biomedical Eng. 62 (2) (2015) 688-698.
  14. R. C. Conceiçao, M. O’Halloran, M. Glavin, E. Jones. Comparison of planar and circular antenna configurations for breast cancer detection using microwave imaging. Progress Elect. Res. 99 (2009) 1-20.
  15. A. Sam, A. A. Jone. Ultra wide band radar based breast cancer detection using stacked patch and wide slot antenna. Int. J. Elect. Signal Sys. 3 (1) (2013) 36-40.
  16. M. Rüdiger, F. Maria, C. Rodney, G. Adele, J. Kari, M. Carmela, S. Richard, S. Karl, S. Pier, B. E. Stuck, S. Zenon. ICNIRP guidelines for limiting exposure to electric fields induced by movement of the human body in a static magnetic field and by time-varying magnetic fields below 1 Hz. Health Phys. 10 (2014) 106-418.
  17. T. H. Kim, J. K. Pack. Measurement of electrical characteristics of female breast tissues for the development of the breast cancer detector. Progress Elect. Res. 30 (2012) 189-199.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار