Аналіз методів неінвазійного вимірювання внутрішньої температури тіла людини
Анотація
У контексті сучасної медичної діагностики моніторинг змін внутрішньої температури тіла людини може надати цінну діагностичну інформацію для лікування різного типу захворювань. Враховуючи обмеження традиційних методів для вимірювання внутрішньої температури тіла людини є потреба у дослідженні і використанні неінвазійних методів вимірювання температури, особливо для діагностики та лікування онкологічних захворювань. Проаналізовано перспективні неінвазійні методи вимірювання внутрішньої температури тіла людини: магнітно-резонансної томографії, інфрачервоної спектроскопії, акустотермометрії, мікрохвильової радіотермометрії. Наведено опис, принцип роботи, характеристики і специфіку використання кожного із методів. Виконано оцінювання методів на підставі таких чинників, як просторова роздільна здатність, точність вимірювання, практичність, економічна ефективність та ін. Встановлено, що такі методи дають можливість проводити вимірювання внутрішньої температури тіла людини частіше або в режимі реального часу, на противагу традиційним інвазійним методам, які можуть завдати шкоди та створити дискомфорт пацієнту під час вимірювання. Виявлено, що пристрої, які використовують для неінвазійного вимірювання температури, є здебільшого невеликі і переносні, відповідно можуть застосовуватись за потреби не тільки у медичних закладах, а до прикладу і на виїзді. Визначено, що метод мікрохвильової радіотермометрії є прагматичним варіантом та компромісом між роздільною здатністю зображення, якістю вимірювання, швидкістю і доступністю. З'ясовано, що даний метод має можливість для майбутніх покращень, які стосуються конфігурації антен, а також додаткового програмного оброблення результатів вимірювання. У підсумку вибір методу вимірювання внутрішньої температури тіла людини залежить від конкретних потреб застосування. Підвищення точності пристроїв вимірювання внутрішньої температури тіла людини робить неінвазійні методи вимірювання дедалі більш клінічно життєздатними.
Завантаження
Посилання
Aplas, E., Golachowska, M., & Kurpas, D. (2015). Thermography as a non-invasive, reliable diagnostic tool in medicine – examples. Medical Science Pulse, 9(4), 26–30. https://doi.org/10.5604/2081-2021.1191749
Asimakis, N. P., Karanasiou, I., & Uzunoglu, N. (2011). Non-Invasive Microwave Radiometric System for Intracranial Applications: a Study Using the Conformal L-Notch Microstrip Patch Antenna. Progress in Electromagnetics Research, 117, 83–101. https://doi.org/10.2528/PIER10122208
ASTM F2182-11 a. (2018). Standard Test Method for Measurement of Radio Frequency Induced Heating On or Near Passive Implants during Magnetic Resonance Imaging. URL: https://www.astm.org/Standards/F2182.htm
Azarkhov, O., Bulgakov, V., & Sakalo, S. (2006). Radiothermometric Control of Tissue Metabolism at Infrared (IR) Exposure. International Conference – Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications, and Computer Science, Lviv, Ukraine, 330–332. https://doi.org/10.1109/TCSET.2006.4404540
Bakhsheshi, M. F., & Lee, Ting-Yim. (2015). Non-invasive monitoring of brain temperature by near-infrared spectroscopy. Temperature, 2(1), 31–32. https://doi.org/10.4161/23328940.2014.967156
Bakhsheshi, M. F., Diop, M., Lawrence, K. St., & Lee, Ting-Yim. (2014). Monitoring brain temperature by time-resolved near-infrared spectroscopy: pilot study. Journal of Biomedical Optics, 19(5). https://doi.org/10.1117/1.jbo.19.5.057005
DAlessandro, G., Tavakolian, P., & Sfarra, S. (2024). A Review of Techniques and Bio-Heat Transfer Models Supporting Infrared Thermal Imaging for Diagnosis of Malignancy. Applied Sciences, 14. https://doi.org/10.3390/app14041603
Delcey, M., Bour, P., Ozenne, V., Ben, Hassen, W., & Quesson, B. (2021). A fast MR-thermometry method for quantitative assessment of temperature increase near an implanted wire. PLoS ONE, 16(5). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0250636
Didkovskyi, V., Naida, S., Drozdenko, O., & Kateryna, D. (2020). Experimental researching of biological objects noninvasive passive acoustothermometry features. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1, 6–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.192594
Drozdenko, K. S. (2013). Single-channel focusable acoustothermometer for measuring the internal temperature of biological object. Radioelectronics and Communications Systems, 56(4), 207–211. https://doi.org/10.3103/s0735272713040067
Duck, F. A. (1990). Physical properties of tissue. London: Academic Press: 95, 346. URL: https://www.sciencedirect.com/book/9780122228001/physical-properties-of-tissues
Eddie, N., & Sudharsan, N. M. (2004). Computer simulation in conjunction with medical thermography as an adjunct tool for early detection of breast cancer. BMC Cancer, 4(17). https://doi.org/10.1186/1471-2407-4-17
Federspil, G., La Grassa, E., Giordano, F., Macor, C., Presacco, D., & Di Maggio, C. (1989). Study of diet-induced thermogenesis using telethermography in normal and obese subjects. Recenti Progressi in Medicina, 80(9), 455–459. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2595075/
Feng, D. X., McCauley, J. P., Morgan, F. K.-C., Salam, R. A., Pennell, D. R., Loveless, M. E., & Dula, A. N. (2015). Evaluation of 39 medical implants at 7.0 T. British Journal of Radiology, 88(1056). https://doi.org/10.1259/bjr.20150633
Figueiredo, A., Fernandes, H., & Guimaraes, G. (2018). Experimental approach for breast cancer center estimation using infrared thermography. Infrared Physics., & Technology, 95, 100–112. https://doi.org/10.1016/j.infrared.2018.10.027
Figueiredo, A., Nascimento, J., Malheiros, F., Ignacio, L., Fernandes, H., & Guimaraes, G. (2019). Breast tumor localization using skin surface temperatures from a 2D anatomic model without knowledge of the thermophysical properties. Computer Methods and Programs in Biomedicine, 172, 65–77. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2019.02.004
Furmanova, N., Farafonov, O., & Malyi, O. (2021). Approaches to improve the accuracy of measurement of human body temperature by contactless IR thermometers. Electrical Engineering and Power Engineering, 1, 61–73. https://doi.org/10.15588/1607-6761-2021-1-6
Gonzalez, F. J. (2007). Thermal simulation of breast tumors. Revista Mexicana de Fisica, 53(4), 323–326. URL: https://www.redalyc.org/pdf/570/57013228014.pdf
Harrap, M. J. M., Hempel de Ibarra, N., Whitney, H. M., & Rands, S. A. (2018). Reporting of thermography parameters in biology: a systematic review of thermal imaging literature. Royal Society open science, 5(12). https://doi.org/10.1098/rsos.181281
Hindman, J. C. (1966). Proton Resonance Shift of Water in the Gas and Liquid States. Journal of Chemical Physics, 44(12), 4582–4592. https://doi.org/10.1063/1.1726676
Holper, L, Mitra, S., & Bale, G. (2017). Prediction of brain tissue temperature using near-infrared spectroscopy. Neurophotonics, Vol. 4(2). PMID: 28630878. https://doi.org/10.1117/1.nph.4.2.021106
Hornak, J. P. (2012). The Basics of MRI, Interactive Learning Software, Henrietta, NY. URL: http://www.cis.rit.edu/htbooks/mri
Kelly, J. J., Kelly, K. A., & Barlow, C. H. (1995). Tissue temperature by near-infrared spectroscopy. Proc. SPIE 2389, Optical Tomography, Photon Migration, and Spectroscopy of Tissue and Model Media: Theory, Human Studies, and Instrumentation, 2389. Photonics West 95, 1995, San Jose, CA, United States. https://doi.org/10.1117/12.210025
Morris, A. S., & Langari, R. (2021). Chapter 14 – Temperature measurement. Measurement and Instrumentation (Th – Edition), 413–468. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817141-7.00014-1
Naida, S. A., & Drozdenko, K. S. (2012). The modified scheme of deep temperature measurement zero modulation method. Information processing systems, 5, 47–52. https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-7-51-55
Ng, E.Y.-K. (2009). A review of thermography as promising non-invasive detection modality for breast tumor. International Journal of Thermal Sciences, 48, 849–859. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2008.06.015
Odéen, H., & Parker, D. L. (2019). Magnetic resonance thermometry and its biological applications – Physical principles and practical considerations. Prog Nucl Magn Reson Spectrosc, 110, 34–61. https://doi.org/10.1016/j.pnmrs.2019.01.003
Oikonomou, A., Karanasiou, I. S., & Uzunoglu, N. K. (2010). Phased-array near field radiometry for brain intracranial applications. Progress In Electromagnetics Research. On-line journal, 109, 345–360. https://doi.org/10.2528/PIER10073004
Ojica, S., Iftemie, A., Rau, M. C., Costandache, D., & Baltag, O. (2011). Microwaves and Infrared Thermography – Comparative Studies in Early Breast Cancer Detection. Conference: 2011 7th international symposium on advanced topics in electrical engineering (ATEE): International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering. URL: https://www.researchgate.net/publication/235217658_Microwaves_and_Infrared_Thermography_-_Comparative_Studies_in_Early_Breast_Cancer_Detection
Quesson, B., de Zwart, J. A., & Moonen, C. T. W. (2000). Magnetic resonance temperature imaging for guidance of thermotherapy. Journal of Magnetic Resonance Imaging, 12(4), 525–533. https://doi.org/10.1002/1522-2586(200010)12:4%3C525::AID-JMRI3%3E3.0.CO;2-V
Raiko, J., Koskensalo, K., & Sainio, T. (2020). Imaging-based internal body temperature measurements: The journal Temperature toolbox. Temperature, 7, 1–26. https://doi.org/10.1080/23328940.2020.1769006
Rozenfeld, L. G., Samohin, A. V., Venger, E. F, Loboda, T. V, Kolotilov, N. N, Kolluch, A. G., & Dunaevsku, V. I. (2008). Remote infra-red thermography as modern non-invasive method of diseases diagnostics. Ukrainian Medical Journal, 6(68) – XI/XII. https://doi.org/10.21518/2079-701X-2022-16-6-256-263
Shmikova, E. V., Vorobyov, O. N., & Kadzhoyan, A. V. (2009). Radiothermometric investigation as the method of treatment effectiveness control of breast cancer. Pathologia, 6(1), 90–91. [In Ukranian]. URL: http://dspace.zsmu.edu.ua/bitstream/123456789/11623/1/pathology_2009_6_1_28.pdf
Singh, D., Singh, A., & Tiwari, S. (2021). Thermal Analysis of Realistic Breast Model With Tumor and Validation by Infrared Images. Computational Methodologies for Electrical and Electronics Engineers, 11. https://doi.org/10.4018/978-1-7998-3327-7.ch017
Testagrossa, B., Ruello, E., Gurgone, S., Denaro, L., Sansotta, C., Salmeri, F., & Acri, G. (2021). Radio Frequency MRI coils and safety: how infrared thermography can support quality assurance. Egyptian Journal of Radiology and Nuclear Medicine, 52. Article number: 277. https://doi.org/10.1186/s43055-021-00659-y
Turner, R., & Streicher, M. (2012). Measuring temperature using MRI: a powerful and versatile technique. Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine, 25, 1–3. https://doi.org/10.1007/s10334-011-0299-y
Umadevi, V., Raghavan, S., & Jaipurkar, S. (2011). Framework for estimating tumour parameters using thermal imaging. The Indian journal of medical research, 134, 725–731. https://doi.org/10.4103/0971-5916.91012
Winter, L., Oberacker, E., Paul, K., Ji, Y., Oezerdem, C., Ghadjar, P., Thieme, A., Budach, V., Wust, P., & Niendorf, T. (2016). Magnetic resonance thermometry: methodology, pitfalls and practical solutions. International Journal of Hyperthermia, 32(1): 30th Annual Meeting of the European Society for Hyperthermic Oncology, 2015, 63–75. PMID: 26708630. https://doi.org/10.3109/02656736.2015.1108462
Yoshida, A., Kamon, R., Naka, T., Chigusa, N., Kinoshita, S., & Kawabata, T. (2021). Evaluation of conventional invasive measurements and examination of non-invasive measurement technique on human body core temperature. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1137. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1137/1/012038
Zakirov, R., Abdulhaev, O., Khakimov, A., Rahmatov, A., Yodgorova, D., Kuliev, S., & Istamov, D. (2023). Human body temperature monitoring wireless system. E3S Web of Conferences, 401. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202340104054
Zaretsky, D. V., Romanovsky, A. A., & Zaretskaia, M. V. (2018). Tissue oxidative metabolism can increase the difference between local temperature and arterial blood temperature by up to 1.3°C: implications for brain, brown adipose tissue, and muscle physiology. Temperature, 5(1), 22–35. https://doi.org/10.1080/23328940.2018.1437311
