АКУСТОТЕРМОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ ГИПЕРТЕРМИИ
А.И.Алехин1, А.А.Аносов2'3, Р.В.Беляев4, В.А.Вилков4, О.Н.Иванникова1, А.С.Казанский2'5,
О.С.Кузнецова6, Ю.А.Лесс7, А.В.Луковкин8, А.Д.Мансфельд4, Ю.В.Обухов2, А.Г.Санин4,
Т.В.Сергеева1, А.С.Шаракшанэ9
1 Центральная клиническая больница РАН, 2 Институт Радиотехники и Электроники РАН 3 Московская Медицинская Академия им. И.М.Сеченова 4 Институт прикладной физики РАН 5 Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики
(технический университет) 6 Московский государственный институт электронной техники (технический университет) 7 Московский педагогический государственный университет 8 ООО «Опттехника» 9 Институт биохимической физики РАН E-mail: aanosov@atom.ru
В Центральной клинической больнице РАН впервые проведены акустотермометрические измерения в течение процедуры лазерной гипертермии молочной и щитовидной желез для контроля результатов нагрева. Измерения проводили на 7 пациентах: у 3 пациентов нагревали молочную железу, у 4 - щитовидную. Для определения глубинной температуры (область нагрева находилась в 1 - 2 см от поверхности тела) использовали один или два акустотермометра. Результаты измерений хорошо коррелируют со сценарием процедуры гипертермии.
При гипертермии важен контроль температуры нагреваемого органа. Для этой цели удобно использовать акустотермографию - неинвазивный метод измерения, основанный на регистрации собственного теплового акустического излучения. Модельные эксперименты, проведенные на различных биообъектах, например, в говяжьей печени [1 - 3], показали эффективность использования метода при проведении гипертермии. В Центральной клинической больнице РАН впервые проведены акустотермометрические измерения в течение процедуры лазерной гипертермии молочной и щитовидной желез для контроля результатов нагрева. В ЦКБ РАН для лечения узлового зоба используется малоинвазивная процедура -чрезкожная лазериндуциованная гипертермия [4, 5], а также проходят клинические испытания метода лазериндуцированной интерстициальной гипертермии доброкачественных узловых образований (фиброаденом) молочной железы. Акустотермометрические измерения в процессе лазерной гипертермии проведены у семи пациентов: у трех пациентов контролировали нагрев молочной железы, у четырех - щитовидной.
Для гипертермии использовался Аппарат лазерный многомодовый хирургический АЛМОХ-0,1/0,25-«ЛАМИ», созданный ООО «Опттехника», Москва. Инфракрасное излучение ИК (длина волны - 1060 нм) с помощью введенного в тело человека световода поступало в ткани, где и поглощалось. Согласно [6] глубина проникновения на длине волны 1060 нм в мягких тканях составляет около 2 мм. Поглощение излучения приводило к нагреву тканей организма. Мощность лазера была 3 Вт, длительность процедуры гипертермии составляла несколько минут (обычно от 5 до 12). Лазер работал в импульсном режиме (с частотой 1 Гц). Длительности импульса и паузы обычно были одинаковы (по 500 мс).
Схема измерений представлена на рис. 1. В течение всей процедуры гипертермии мы проводили акустотермометрические измерения, которые продолжали еще некоторое время и после выключения лазера (еще 1 - 2 минуты). Измерения проводили одним или двумя акустотермометрами АТ1 и АТ2. Чтобы
понизить нагрев акустотермометров в результате контакта с телом человека, их помещали в специальные переходники, заполненные водой. Торцы переходников были покрыты акустически прозрачной лавсановой пленкой. Для акустического контакта между переходниками и телом человека использовали гель, предназначенный для УЗИ. Акустотермометры устанавливали так, чтобы АТ1 «смотрел» в центр нагретой области, а АТ2 - немного (приблизительно на 1 см) в сторону. Акустотермометры, разработанные в ИПФ РАН, Н.Новгород, имели следующие параметры: полоса приема - 1,7±0,4 МГц, диаметр приемника - 10 мм. Принимаемые акустические сигналы преобразовывались в электрические, которые усиливались, проходили через квадратичный детектор и усреднялись в течение 30 мс. С выхода акустотермометров сигнал подавался на 14-ти разрядный многоканальный АЦП Е14-140 (ЗАО «L-Card», www.lcard.ru) с частотой дискретизации 1 кГц. Поступающий с выхода АЦП сигнал записывали в компьютер и обрабатывали (усредняли за несколько секунд и вычитали тренд).
/
Рис. 1. Схема измерений. Пунктиром показаны акустические оси акустотермометров.
Примеры измерений на двух пациентах показаны на графиках (рис. 2 а, б), где приведены изменения акустояркостной температуры во времени. Экспериментальные данные усреднены за 20 с. Нуль соответствует температуре органа до начала нагрева. Длительность нагрева молочной железы составляла 670 с, щитовидной - 420 с. Из графиков видно, что показания акустотермометров возрастают в процессе нагрева и снижаются после его окончания, а также, что показания АТ1 выше, чем АТ2 (это объясняется схемой измерений - см. рис. 1).
(а) гипертермия молочной железы
го
та о.
о 5-Ё
ь 4 ■
ж
та
е3
о а£
£2-о (£
—■ — АН
-О- АТ2
\Л Г,»
нагрев прекращен
■ ■
■ Л I
/••V
1 ау\п°*л у
/ о
—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I
100 200 300 400 500 600 700 800 900 время, с
11
5 10 ■
5
СП О>, н £0 О. О) с г ф ь
ск со
I
Б
о ^
о. и;
о &
л
(б) гипертермия щитовидной железы
А
1\
/ \ | нагрев
л-Л / \ а а I прекращен
—I-1-1-I-1-1-1—
100 200 300 400
время, с
—I-I-1—
500 600
Рис. 2. Нагрев молочной (а) и щитовидной (б) железы. Начало нагрева - в нулевой
момент времени.
Результаты наших экспериментов показывают, что использование акустотермометрических измерений при лазерной гипертермии позволяет оценивать параметры нагрева. Для улучшения качества результатов и их надежности требуются дальнейшие исследования.
Работа поддержана РФФИ, гранты №№ 06-02-17007, 08-02-17646 и Программой Президиума РАН "Фундаментальные науки - медицине".
1. Герасимов В.В., Миргородский В.И., Пешин С.В., Хильфман И., Филип К. О возможности использования акустотермометров для сопровождения лазерной гипертермии // III сессия Российского акустического общества. Акустика и медицина, Москва, 1994, С.52-54.
2. Кротов Е.В., Рейман А.М., Жадобов М.В. Акустический контроль внутренней температуры биологических объектов при лазерной гипертермии // Акустика речи. Медицинская и биологическая акустика. Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации. Сборник трудов XV сессии Российского акустического общества. Т.3. - М.: ГЕОС, 2003, С. 203-206.
3. А.С.Шаракшанэ, А.А.Аносов, Ю.Н. Барабаненков, К.М. Бограчев, Р.В. Гарсков, А.С.Казанский, Совместное использование акустотермографии и ИК-тепловидения для контроля температуры при нагреве модельного биологического объекта // Акустика речи. Медицинская и биологическая акустика. Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации. Аэроакустика. Сборник трудов 19 сессии Росийского акустического общества. 2007. Т.3. С. 130-133
4. Сергеева Т.В. и др. Способ лечения узловых форм заболеваний щитовидной железы. Патент РФ №2251991. 20.02.2004.
5. Сергеева Т.В. и др. Способ контроля эффективности лечения после лазериндуцированной гипертермии узлового зоба. Патент РФ №2308234. 20.07.2006.
6. Прикладная лазерная медицина. Учебное и справочное пособие. Под ред. Х-П. Бермана, Г.Й.Мюллера. Сокращенный пер. с немецкого под ред. Н.И.Коротеева, О.С.Медведева. Интерэкспорт. М. 1997. 340 С.
ACOUSTOTHERMOMETRICAL MEASUREMENTS AT LASER HYPERTHEMIA
A.I.Alechin, A.A.Anosov, R.V.Beljaev, V.A.Vilkov, O.N.Ivannikova, A.S.Kazanskij, O.S.Kuznetsova, Yu.A.Less, A.V.Lukovkin, A.D.Mansfeld, Yu.V.Obuchov, A.G.Sanin, T.V.Sergeeva, A.S.Sharakshane,
In Central Clinic of RAS the acoustothermometrical measurements were carried out during laser hyperthemia of mammary and thyroid glands for heating control. Seven patients were investigated. The mammary and thyroid glands were heated 3 and 4 times, correspodently. One or two acoustothermometers were used to measured the temperature at the depth of the body. The heated rigion was in 1 - 2 cm from the body surface. The measurement results fit to the hyperthermia script.