В.Ю. Горелова1, Л.В. Жорина2, Ф.В. Манучарян3, А.И. Плохих4, А.А.Р. Флорес5

1–5 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
 

Постановка проблемы. Инфракрасная термография дает информацию о термофизиологии исследуемого биообъекта. Метод инфракрасной термографии является перспективным методом исследования нарушения гомеостаза при онкологических заболеваниях. Разработка адекватной математической модели позволит точнее понять процессы теплообмена, приводящие к изменению температурной картины на поверхности кожи. Путем рационального выбора материала-аналога необходимо создать макет женской молочной железы со сходными теплофизическими свойствами, приближенными в первую очередь к тепловым свойствам живых тканей. Это должно позволить реализовать схожее с биообъектом распределение температурных полей, что даст возможность имитировать патологические участки внутри макета.

Цель. Смоделировать тепловые свойства женской молочной железы при наличии патологии.

Результаты. Для моделирования термодинамических процессов при развитии раковой опухоли в молочной железе рассмотрена стационарная трехмерная задача теплопроводности с учетом теплообмена с окружающей средой. При решении использован полнофункциональный математический пакет Elmer FEM solver. Разработана схема биотехнической системы для конструирования макета и подобраны материалы для его реализации.

Практическая значимость. Макет молочной железы может применяться для сравнения точности медицинских приборов, предназначенных для инфракрасной термографии, в том числе для проверки качества визуализации в момент технического обслуживания или после ремонта приборов, обучения студентов-медиков и практикующих врачей методу ИК-термогра­фической диагностики.

Горелова В.Ю., Жорина Л.В., Манучарян Ф.В., Плохих А.И., Флорес А.А.Р. Моделирование тепловых свойств женской молочной железы // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. T. 26. № 2. С. 63−68. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j15604136-202302-10

1. Никитюк Д.Б., Гуревич К.Г., Ураков А.Л., Уракова Н.А., Гадельшина А.А. Тепловизор как диагностический прибор, обеспечивающий самоконтроль молочных желез в бытовых условиях // Креативная хирургия и онкология. 2017. № 2. С. 28–33. DOI: 10.24060/2076-3093-2017-7-2-28-33.
2. Kandlikar S.G., Perez-Raya I., Raghupathi P.A., Gonzalez-Hernandez J.L., Dabydeen D., Medeiros L., Phatak P. Infrared imaging technology for breast cancer detection–Current status, protocols and new directions. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. V. 108. P. 2303–2320. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.01.086.
3. Marchena-Menéndeza J., Ramírez-Torresb A., Pentac R., Rodríguez-Ramosa R., Merodio J. Macroscopic thermal profile of heterogeneous cancerous breasts. A three-dimensional multiscale analysis. International Journal of Engineering Science. 2019. V. 144. P. 103135. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijengsci.2019.103135.
4. Das K., Mishra S.C. Simultaneous estimation of size, radial and angular locations of a malignant tumor in a 3-D human breast–A numerical study. Journal of thermal biology. 2015. V. 52. P. 147–156.
5. Zhou Y., Herman C. Optimization of skin cooling by computational modeling for early thermographic detection of breast cancer. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. V. 126. P. 864–876.
6. Алифанов О.М., Артюхин Е.А. Экстремальные методы решения некорректных задач и их приложения к обратным задачам теплообмена. М.: Наука. 1988. C. 9–10.
7. Пантелеев И.А., Плехов О.А., Наймарк О.Б. Механобиологическое исследование структурного гомеостаза в опухолях по данным инфракрасной термографии // Физическая мезомеханика. 2012. Т. 15. № 3. С. 105–113.
8. Ассоциация микроволновой радиотермометрии в медицине: [Электронный ресурс]. (http://www.radiometry.ru/radiometry/). Проверено 28.12.2022
9. Пушкарева А.Е. Методы математического моделирования в оптике биоткани: Учеб. пособие // СПб.: СПбГУ ИТМО. 2008. 103 c.
10. Lozano A., Hayes J. C., Compton L. M., Azarnoosh J., Hassanipour F. Determining the thermal characteristics of breast cancer based on high-resolution infrared imaging, 3D breast scans, and magnetic resonance imaging. Scientific reports. 2020. V. 10. № 1. P. 1–14.
11. Xu F., Lu T.J., Seffen K.A. Biothermomechanical behavior of skin tissue. Acta Mech. Sinica. 2008. V. 24(1). P. 1–23.
12. Mukhmetov O., Igali D., Mashekova A., Zhao Y., Ng E.Y.K., Fok S.C., Teh S.L. Thermal modeling for breast tumor detection using thermography. International Journal of Thermal Sciences. 2021. V. 161. P. 106712.