неинвазивный метод определения рака молочной железы и устройство

Формула изобретения

1. Способ обнаружения и диагностики опухолей молочной железы, состоящий в определении зоны патологического очага путем просвечивания молочной железы проникающим излучением и регистрации прошедшего излучения двухкоординатным позиционно-чувствительным детектором, отличающийся тем, что дополнительно получают матрицы распределения интенсивностей малоуглового рассеяния излучения под разными азимутальными и тангенциальными углами, при просвечивании одним или несколькими узкими малорасходящимися пучками проникающего излучения участков исследуемого объекта, расположенных в зоне патологического очага, и участков, расположенных в области, не затронутой патологическими изменениями, сравнивают матрицы распределения интенсивностей малоуглового рассеяния от участков неизмененных тканей с полученными в предыдущих исследованиях матрицами, содержащимися в банке данных, и сравнивают матрицы распределения интенсивностей малоуглового рассеяния от участков патологически измененных тканей с аналогичными матрицами, содержащимися в банке данных, по результатам сравнения с учетом половозрастного фактора судят о характере патологических изменений в ткани.

2. Устройство для обнаружения и диагностики опухолей молочной железы, содержащее источник проникающего излучения, просвечивающего исследуемый объект, диафрагму, расположенную перед объектом, и двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор, расположенный за объектом, снабженные системой перемещения относительно объекта, и блок обработки информации, отличающееся тем, что диафрагма выполнена с возможностью формирования, по крайней мере, одного узкого малорасходящегося пучка проникающего излучения в направлении исследуемого объекта, а двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор установлен на таком расстоянии от исследуемого объекта и имеет пространственное разрешение, обеспечивающие регистрацию углового распределения интенсивности излучения под малыми углами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской технике для обнаружения и диагностики опухолей в маммологии с помощью рассеянного под малыми углами проникающего излучения.

Традиционные методы маммологического обследования пациента заключаются в обнаружении патологических изменений ткани, приводящих к образованию очага поражения (клинический осмотр, пальпация, рентгеновская и ультразвуковая маммография и т. д. ) Эти методы являются достаточно эффективными на выраженных стадиях патологических изменений, но не дают ответа на вопрос о характере таких изменений. Наиболее информативным методом диагностики при ранних непальпируемых формах рака является рентгеновская маммография, основанная на принципе различного поглощения рентгеновского излучения разными тканями. Способ диагностики патологии с использованием рентгеновского проникающего излучения, описанный в патенте EP 0402802, 1990, могут быть выбраны в качестве прототипа. При проведении способа определяют зоны патологического очага, просвечивая молочную железу проникающим излучением и регистрируя прошедшее излучение двухкоординатным позиционно-чувствительным детектором. Устройство для проведения этого обследования содержит источник проникающего излучения, диафрагму, расположенную перед объектом, и двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор, систему перемещения относительно объекта и блок обработки информации. Молочная железа содержит только мягкие ткани, слабо различающиеся по коэффициентам поглощения рентгеновских лучей, поэтому изображение имеет слабый контраст, и обнаружение незначительных изменений в тканях на ранних стадиях болезни и выявление опухолей малых размеров является затруднительным. При проецировании изображения молочной железы на рентгенограмме различные участки тканей накладываются друг на друга, что также искажает общую картину происходящих в тканях изменений.

Предлагаемое изобретение решает задачу устранения искажений изображения и проведения экспресс-диагностики структурных изменений тканей.

Диагностические возможности метода малоуглового рассеяния (МУР) изучались в работе Автандилов Г.Г., Дембо А.Т. и др. "Применение рентгеновского малоуглового рассеяния в медицинской диагностике" (материалы 3-ей Международной конференции: Радиоэлектроника в медицинской диагностике, 29 сентября - 1 октября 1999, Москва, Россия). И методом МУР были исследованы кусочки ткани молочной железы, полученные у 400 пациенток в ходе хирургических операций по поводу опухолевой патологии (доброкачественной и злокачественной). Измерения МУР проводили в диапазоне от 0,06 до 7 градусов (наиболее информативным был интервал 0,06-1,2 градуса). Одновременно с методом МУР все образцы исследовались методами гистологии (микроскопическое изучение ткани). Установлено, что опорные ткани молочной железы: эпителиальная, соединительная и жировая ткань изменяют свою структуру (и соответственно меняется распределение интенсивности МУР) при патологическом процессе. По данным МУР установлено, что жировая ткань в неизменных участках молочной железы характеризуется структурной периодичностью в диапазоне значений 46-83 нм. В перифокальной по отношению к карциномам молочной железы участках она имела более высокую структурную периодичность от 240 до 280 нм. Для соединительной ткани неизменных участков этот показатель составлял 130-202 нм, для стромы опухоли - от 130 до 210 нм. Эпителиальная ткань неизменных участков молочной железы имела структурную периодичность в диапазоне значений от 8 до 234 нм, в очагах фиброзно-кистозной болезни от 72 до 283 нм. Эпителий рака молочной железы отличался самым низким показателем структурной периодичности 8-20 нм. Представленные в статье результаты свидетельствуют о возможности применения метода МУР для диагностики опухолей и опухолеподобных молочной железы.

Предлагаемый способ предусматривает регистрацию рассеянного излучения в интервале углов от 0 до нескольких градусов, т.е. регистрацию так называемого малоуглового рассеяния (МУР) проникающего излучения.

Сущность способа состоит в том, что определяют зону патологического очага путем просвечивания молочной железы проникающим излучением и регистрами прошедшего излучения двухкоординатным позиционно-чувствительным детектором, при этом дополнительно получают матрицы распределения интенсивностей малоуглового рассеяния излучения под разными азимутальными и тангенциальными углами, при просвечивании одним или несколькими узкими малорасходящимися пучками проникающего излучения участков исследуемого объекта, расположенных в зоне патологического очага, и участков, расположенных в области, не затронутой патологическими изменениями, сравнивают матрицы распределения интенсивностей малоуглового рассеяния от участков неизменных тканей с полученными в предыдущих исследованиях матрицами, содержащимися в банке данных, и сравнивают матрицы распределения интенсивностей малоуглового рассеяния от участков патологически неизменных тканей с аналогичными матрицами, содержащими в банке данных, по результатам сравнения с учетом половозрастного фактора, судят о характере патологических изменений в ткани.

Таким образом способ включает в себя следующие шаги:

- обнаружение и определение месторасположения патологического очага в исследуемой молочной железе каким-либо из известных способов,

- получение одного или нескольких распределении интенсивности малоуглового рассеяния рентгеновских лучей от участков, расположенных в зоне патологического очага, и участков, расположенных в области, не затронутой патологическими изменениями:

- сравнение распределений интенсивности малоуглового рассеяния от участков патологически измененной и неизмененной ткани,

- сравнение полученных распределений интенсивности с данными накопленными в предыдущих исследованиях, с учетом поло-возрастного фактора (банк данных), средствами таксономии,

- заключение о характере патологических изменений.

Предварительное обследование пациента с целью выявления участков ткани, вызывающих подозрение на наличие патологических изменений, и определение их точного месторасположения может производиться любым из известных способов. Затем на этот участок исследуемого объекта наводят узкий пучок проникающего излучения (в дальнейшем будем называть его детектирующим пучком) и по рассеянию излучения в объекте определяют структурные параметры просвечиваемой ткани. Для более точного позиционирования детектирующего пучка и уменьшения времени обследования пациента предпочтительно, чтобы просвечивание подозрительной области объекта детектирующим пучком происходило на той же установке, где осуществлялось предварительное обследование.

В результате исследования для каждой области объекта, просвечиваемой детектирующим пучком, определяется двухмерная матрица нормированных и на базе этих комплексных исследований расширяется классификация банка данных.

Описанный выше способ реализуется устройством, сущность которого заключается в том, что в устройстве для обнаружения и диагностики опухолей молочной железы, содержащем источник проникающего излучения, просвечивающего исследуемый объект, диафрагму, расположенную перед объектом, и двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор, расположенный за объектом, снабженные системой перемещения относительно объекта, и блок обработки информации, диафрагма формирует по крайней мере один узкий малорасходящийся пучок проникающего излучения в направлении исследуемого объекта, двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор установлен на таком расстоянии от исследуемого объекта и имеет пространственное разрешение, обеспечивающее регистрацию углового распределения интенсивности излучения под малыми углами.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами чертежей. На фиг. 1 изображена общая схема устройства для неинвазивной лучевой экспресс-диагностики патологического изменения тканей молочной железы, на фиг. 2 представлена принципиальная схема обработки данных при неинвазивной лучевой экспресс-диагностики, на фиг. 3 представлена принципиальная схема устройства для неинвазивной лучевой экспресс-диагностики патологического изменения тканей молочной железы с предварительным получением изображения исследуемого объекта в малоугловом контрасте.

Устройство для неинвазивной лучевой экспресс-диагностики тканей молочной железы содержит источник 1 (фиг. 1) проникающего излучения, например рентгеновскую трубку, и позиционно-чувствительный детектор 2. Пациент 3 располагается стоя на специальной платформе 4. Исследуемый объект 5 (молочная железа), фиксируемый с помощью компрессионного устройства 6, предварительно просвечивают широким пучком 7 проникающего излучения, и на детекторе 2 формируется его изображение в поглощательном контрасте. Из анализа этого изображения определяют области исследуемого объекта, вызывающе подозрение на наличие очагов патологических изменений. Затем между источником излучения 1 и исследуемым объектом 5 вводится диафрагма 8 из непрозрачного для излучения материала, формирующая узкий слаборасходящийся пучок 9. Регистрация интенсивности излучения, рассеянного объектом под малыми углами, может осуществляться на том же позиционно-чувствительном детекторе 2, если он обеспечивает требуемое угловое разрешение. Для точного позиционирования пучка просвечивающего излучения на очаге патологического изменения ткани предусмотрена возможность перемещения платформы 4 с пациентом относительно источника излучения с помощью механизма 10. Полученные данные рассеяния проникающего излучения патологически измененными и неизмененными участками ткани исследуемого объекта поступают в вычислительное устройство, где происходит их дальнейшая обработка.

Сигнал измерения интенсивности излучения при просвечивании всего исследуемого объекта широким пучком передается в блок обработки сигнала 11 (фиг. 2). По этим данным на экране монитора 12 формируется изображение исследуемого объекта в поглощательном контрасте. Из анализа этого изображения оператор выбирает участки, вызывающие подозрение на наличие патологических изменений, и передает эту информацию в блок 13 управления позиционированием детектирующего пучка. Блок 13 переключает установку в режим проведения лучевой неинвазивной диагностики измененной ткани и осуществляет наведение детектирующего пучка на область, вызывающую подозрения. В этом режиме позиционно-чувствительный детектор передает в блок обработки сигнала 11 сигналы, соответствующие распределению интенсивности излучения, рассеянного просвечиваемыми участками ткани. В блоке 11 эти сигналы обрабатываются и представляются в виде образов (двухмерной матрицы нормированных значений интенсивностей рассеянного проникающего излучения под разными азимутальными и тангенциальными углами). Из сравнения матриц, отвечающих патологически измененной и неизмененной ткани исследуемого объекта, в блоке 11 (по максимальному различию матриц) осуществляется окончательное автоматическое наведение детектирующего пучка путем передачи соответствующего сигнала в блок 13 управления позиционированием. Полученные после этого матрицы, отвечающие патологически измененной и неизмененной ткани, сравнивают с соответствующими матрицами, содержащимися в банке 14 данных. Результаты этого сравнения выдаются на экран монитора 12 в виде рекомендаций для постановки диагноза. Сами матрицы, полученные при обследовании пациента, заносятся в соответствующие классы банка 14 данных с целью его расширения.

Другой вариант описываемого устройства представлен на фиг. 3. Он отличается от устройства, показанного на фиг. 1, тем, что предварительное изображение исследуемого объекта формируется в контрасте малоуглового рассеяния. Для этого между источником 15 проникающего излучения и исследуемым объектом 16 установлен коллиматор 17, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких слаборасходящихся пучков. Коллиматор 17 имеет чередующиеся прозрачные 18 и непрозрачные 19 для проникающего излучения участки, образующие каналы. Оси каналов ориентированы по направлениям, сходящимся в точке, совпадающей с фокусом источника излучения. Расстояние между прозрачными соседними каналами должно соответствовать предполагаемому размеру очага патологического изменения ткани. На пути прошедшего через объект излучения установлен пространственный фильтр 20, выполненный с прозрачными 21 и непрозрачными 22 участками. Задачей пространственного фильтра 20 является выделение рассеянного на малые углы когерентного излучения и поглощение прямого излучения и излучения, рассеянного на большие углы. Коллиматор 17 и пространственный фильтр 20 расположены так, что непрозрачные участки 22 фильтра перекрывают прозрачные для излучения участки 18 коллиматора и пропускают через прозрачные участки 21 только излучение, рассеянное объектом под малыми углами. Рассеянное объектом под малыми углами проникающее излучение регистрируется на позиционно-чувствительном детекторе 23.

При обнаружении участка ткани, вызывающего подозрения на патологические изменения, между коллиматором 17 и исследуемым объектом 16 помещают диафрагму 24, выделяющую из всего потока излучения, формируемого коллиматором, отдельный пучок 25, позиционированный на области патологических изменений. Толщина диафрагмы 24 должна обеспечивать полное поглощение остальных пучков, формируемых коллиматором. Позиционирование детектирующего пучка в описываемом варианте устройства может осуществляться перемещениями диафрагмы 24 в двух взаимно перпендикулярных направлениях 26.

Регистрация и обработка данных осуществляется аналогично устройству изображенному на фиг. 1.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом:

Предварительно исследуемый объект просвечивают широким пучком проникающего излучения, и на детекторе формируется изображение объекта в поглощательном контрасте. Изучая это изображение, определяют области, вызывающие подозрение на наличие очагов патологического изменения тканей. Затем между источником и исследуемым объектом вводят диафрагму из непрозрачного для излучения материала, имеющую один или несколько прозрачных каналов, формирующих просвечивающие пучки. Размеры каналов, т.е. их диаметр и глубина, должна быть такова, чтобы иметь возможность регистрировать рассеянное объектом в малоугловом диапазоне излучение. Кроме того, диаметр пучка в зоне объекта не должен превышать размеры очага патологического изменения тканей. В случае использования нескольких каналов (пучков проникающего излучения) линии поверхностей, образующих прозрачный каналы, должны сходиться на фокусном пятне источника и лучи соседних пучков, рассеянных объектом, не должны перекрываться друг с другом в зоне регистрами. Двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор регистрирует распределение интенсивности излучения, рассеянного объектом под малыми углами, для каждого из пучков, причем измерения производятся по всем азимутальным углам. Таким образом, каждому просвечиваемому участку ткани ставится в соответствие матрица значений интенсивности рассеянного излучения, отражающая рассеивающие (структурные) свойства объекта. Эти данные поступают в вычислительное устройство, где происходит их обработка и сравнение с банком данных и определяется, каким патологическим изменениям ткани соответствуют такие рассеивающие свойства.

Для точного позиционирования пучка просвечивающего излучения на очаге патологического изменения ткани необходимо иметь возможность относительного перемещения оптической части устройства, (источника излучения, диафрагмы, детектора высокого разрешения) и пациента. Это может осуществляться, например, перемещением оптической части устройства относительно неподвижного пациента или перемещением платформы с пациентом относительно неподвижного источника. Пациент располагается стоя, сидя, в наклоне или лежа.

Другой вариант описываемого устройства предусматривает предварительное получение изображения исследуемого объекта в малоугловом контрасте. Такое изображение позволяет лучше различать детали мягких тканей, что способствует ранней диагностике заболевания. Описываемое устройство содержит источник проникающего излучения, коллиматора, имеющий чередующиеся прозрачные и непрозрачные для проникающего излучения участки. Формируемый коллиматором поток проникающего излучения в виде отдельных узких слаборасходящихся пучков должен перекрывать весь исследуемый объект. Расстояние между прозрачными соседними каналами (пучками проникающего излучения) должно соответствовать предполагаемому размеру очага патологического изменения ткани. На пути прошедшего через объект излучения установлен пространственный фильтр, выполненный с прозрачными и непрозрачными участками. Задачей пространственного фильтра является выделение рассеянного на малые углы когерентного излучения и поглощение прямого излучения и излучения, рассеянного на большие углы. Коллиматор и пространственный фильтр расположены так, что непрозрачные участки фильтра перекрывают прозрачные для излучения участки коллиматора, т.е. в отсутствии объекта детектор регистрирует фоновый сигнал интенсивности. При помещении объекта в установку рассеянное объектом под малыми углами излучение создает изображение на детекторе.

При обнаружении участка ткани, вызывающего подозрения на патологические изменения, между коллиматором и исследуемым объектом помещают диафрагму, выделяющую из всего потока излучения, формируемого коллиматором, отдельный пучок (или несколько пучков), позиционированный на области патологических изменений. Толщина диафрагмы должна обеспечивать полное поглощение остальных пучков, формируемых коллиматором. Позиционирование просвечивающего пучка может осуществляться перемещениями диафрагмы.

За объектом размещается двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор высокого разрешения, пространственный фильтр при этом убирается из зоны просвечивания. Регистрация и обработка данных осуществляется аналогично устройству, описанному выше.