А.А. Сатаненко1, И.А. Кудашов2, А.П. Николаев3

1–3 Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

1 arti1286@yandex.ru, 2 KydashovV@mail.ru, 3 apnikolaev@yandex.ru

Постановка проблемы. Несмотря на достижения в диагностике и лечении рака, рак молочной железы (РМЖ) у женщин по-прежнему сохраняет высокий уровень смертности из-за отсутствия точных и своевременных методов выявления, и из года в год количество случаев только растет. Каждый из доступных на сегодняшний день методов обнаружения опухолей имеет как преимущества, так и свои ограничения. В связи с этим в последнее десятилетие методы, основанные на распространении электропотенциалов, были в центре внимания исследователей. Было установлено, что электрические свойства злокачественных опухолей значительно отличаются от здоровой ткани. Из-за этого актуальным направлением в современной биомедицинской инженерии становится разработка устройств электроимпедансной спектроскопии для выявления РМЖ.

Цель. Определить эффективный критерий дифференцируемости доброкочаственных и злокачественных опухолей при электроимпедансной спектроскопии в биологических тканях.

Результаты. Электрические свойства биологических тканей являются подходящей характеристикой для их однозначной дифференциации на низких частотах зондирования.

Практическая значимость. Электроимпедансная спектроскопия может в равной степени использоваться не только для определения состояния опухолей, но и для визуализации положения кончика иглы при биопсии. В перспективе электроимпедансная спектроскопия поможет выявить, локализовать и классифицировать опухоли на ранней стадии развития проще, быстрее и точнее, чем используемые сегодня методы, включая биопсию. Выводы по определению эффективного критерия дифференцируемости будут применяться при разработке биотехнической системы выявления злокачественных опухолей на ранней стадии.

Сатаненко А.А., Кудашов И.А., Николаев А.П. Моделирование процесса выявления опухоли молочной железы при электроимпедансной спектроскопии // Биомедицинская радиоэлектроника. 2023. T. 26. № 5. С. 75-84. DOI: https://doi.org/10.18127/ j15604136-202305-08

1. Bray F., Colombet M., Mery L. et al. Cancer Incidence in Five Continents // IARC Scientific Publication. 2021. V. XI. № 166.
2. Siegel R.L., Miller K.D., Wagle N.S., Jemal A. Cancer statistics // CA Cancer J. Clin. 2023. V. 73(1). P. 17–48.
3. World Cancer Research Fund International / [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.wcrf.org/cancer-trends/breast-cancer-statistics/ (дата обращения: 10.06.2023).
4. Howlader N., Noone A.M., Krapcho M. et al. SEER Cancer Statistics Review, 1975-2018, Bethesda, MD // National Cancer Institute. 2021.
5. Kuhl C. The current status of breast MR imaging. Part I. Choice of technique, image interpretation, diagnostic accuracy, and transfer to clinical practice // Radiology. 2007. V. 244(2). P. 356–378.
6. Kuhl C. Current status of breast MR imaging. Part 2. Clinical applications // Radiology. 2007. V. 244(3). P. 672–691.
7. Grosenick D., Moesta K.T., Wabnitz H. et al. Time-domain optical mammography: initial clinical results on detection and characterization of breast tumors // Appl. Opt. 2003. V. 42. P. 3170–3186.
8. Mehta T.S., Raza S., Baum J.K. Use of Doppler ultrasound in the evaluation of breast carcinoma // Semin. Ultrasound CT MR. 2000. V. 21(4). P. 297–307.
9. Stojadinovic A. et al. Electrical impedance scanning for the early detection of breast cancer in young women: preliminary results of a multicenter prospective clinical trial // Journal of clinical oncology. 2005. V. 23(12). P. 2703–2715.
10. Malich A. et al. Electrical impedance scanning as a new imaging modality in breast cancer detection – a short review of clinical value on breast application, limitations and perspectives // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 2003. V. 497(1). P. 75–81.
11. Галямов А.З., Закирова А.А., Кудашов И.А., Щукин С.И., Решетов И.В., Щербачев А.В. Метод биоимпедансной диагностики постмастэктомической лимфедемы // Биомедицинская радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 4. С. 72–78.
12. Markx G., Daveyb C. The dielectric properties of biological cells at radiofrequencies: applications in biotechnology // Enzyme and Microbial Technology. 1999. V. 25. P. 161–171.
13. Bland K.I., Copeland E.M., Klimberg V.S. Anatomy of the Breast, Axilla, Chest Wall, and Related Metastatic Sites. The Breast: Comprehensive Management of Benign and Malignant Diseases, 5th Edition. 2018. P. 20–36.
14. Klimberg V.S., Bland K.I. In-Situ Carcinomas of the Breast. The Breast: Comprehensive Management of Benign and Malignant Diseases, 5th Edition. 2018. P. 130–144.
15. Satanenko A.A., Kudashov I.A., Nikolaev A.P. Measurement Error Generated by the Electrode System in Impedance Spectroscopy // Proceedings of the 2023 IEEE Ural-Siberian Conference on Biomedical Engineering, Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). 2023. P. 33–36.
16. Бычков Е.А., Кудашов И.А., Щукин С.И., Галямов А.З., Щербачев А.В. Исследование емкостных свойств биотканей при венепункции // Биомедицинская радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 4. С. 41–47.
17. Kalvøy H., Tronstad C., Nordbotten B., Grimnes S., Martinsen O.G. Electrical impedance of stainless-steel needle electrode // Annals of biomedical engineering. 2010. V. 38. № 7.
18. Liaw D.-J., Wang K.-L., Huang Y.-C., Lee K.-R., Lai J.-Y., Ha C.-S. Advanced polyimide materials: syntheses, physical properties and applications // Progress in Polymer Science. 2012. V. 37. № 7. P. 907–974.
19. Gabriel S., Lau R. W., Gabriel C. The dielectric properties of biological tissues: II. Measurements in the frequency range of 10 Hz to 20 GHz // Physics in medicine and biology. 1996. V. 41. № 11. P. 2251–2269.
20. Hesabgar S.M., Sadeghi-Naini A., Czarnota G., Samani A. Dielectric properties of the normal and malignant breast tissues in xenograft mice at low frequencies (100 Hz – 1 MHz) // Measurement. 2017. V. 105. P. 56–65.
21. Cardu R., Leong P.H.W., Jin C.T., McEwan A. Electrode contact impedance sensitivity to variations in geometry // Physiological measurement. 2012. V. 33. P. 817–830.
22. Jin J.-M. The finite element method in electromagnetics. 3rd ed. 2014. p. 876.
23. Сатаненко А.А., Кудашов И.А., Николаев А.П., Щукин С.И. Разработка электродной системы для навигации в биологических тканях в реальном времени // Биомедицинская радиоэлектроника. 2022. Т. 25. № 5. С. 20–31.
24. Trebbels D., Fellhauer F., Jugl M., Haimerl G., Min M., Zengerle R. Online Tissue Discrimination for Transcutaneous Needle Guidance Applications Using Broadband Impedance Spectroscopy // IEEE transactions on biomedical engineering. 2012. V. 59(2). P. 494–503.