Дипломная работа: Алгоритмы диагностики заболевания раком молочной железы скачать бесплатно

Главная страница >> Дипломная работа >> Онкология >> Алгоритмы диагностики заболевания раком молочной железы

Дипломная работа: Алгоритмы диагностики заболевания раком молочной железы

Дипломный проект посвящён вопросам ранней диагностики рака молочной железы.

Дата добавления на сайт: 20 мая 2024

Скачать работу 'Алгоритмы диагностики заболевания раком молочной железы':

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ЗАДАНИЯ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Познакомиться с вопросами:
- анатомии, физиологии и классификации заболеваний молочной железы (МЖ),
- современных методов диагностики и лечения заболеваний раком молочной железы (РМЖ). Областями использования в маммологии рентгеновской и ультразвуковой диагностики;
- параметров современных ультразвуковых медицинских диагностических устройств (УЗМДУ), используемых в маммологии;
- вейвлет – анализа;
- работы в системе MATLAB;
- современной элементной базы для построения аппаратных средств приёмо-передающего модуля (ППМ) современного акустического компьютерного маммоскопа (АКМ);
- работы с Патентным Фондом США.
Изучить:
- язык VHDL программирования ПЛИС;
- метод акустической резонансной визуализации (АРВ), предназначенный для ранней (доклинической) диагностики РМЖ [3];
- функциональные схемы микросхем фирм Analog Device и National Semiconductor для построения современных УЗМДУ.
Разработать:
1.Общую структурную, функциональные и принципиальные схемы субблоков устройства АРВ.
2.Математическую модель метода АРВ.
3.Алгоритм диагностики РМЖ посредством вейвлет – анализа.
4.VHDL-программу генератора “качающейся” частоты
Исходные данные:
1.Считать микрокальцинаты предвестниками РМЖ.
2.Размеры микрокальцинатов – 50 - 100 мкм.
3.Масса микрокальцината– 0,1 мкг.
4.Диапазон частот резонансных колебаний микрокальцинатов – 20Гц – 20 кГц.
ПЕРЕЧЕНЬ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА
1.Анатомия молочной железы.
2.Классификация заболеваний молочной железы.
3.Параметры современных УЗМДУ, используемых в маммологии.
4.Принцип метода АРВ.
5.Структурная схема устройства АРВ.
6.Функциональные схемы субблоков приёмо–передающего модуля устройства АРВ.
7.Математическая модель метода АРВ.
8.Результаты моделирования.
9.Алгоритм диагностики РМЖ посредством вейвлет – анализа.
10. Листинг VHDL- программы генератора “качающейся” частоты.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1.Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Высшая школа, 2003.
2.Осипов Л.В. Ультразвуковые диагностические приборы. М., Видар, 1999.
3.Sehgal. Apparatus for imaging an element within a tissue and method therefor. Устройство и метод для визуализации элемента внутри ткани. United States Patent № 5,997,477. 1999.
4.Бабак В.П., Корченко А.Г., Тимощенко Н.П.,Филоненко С.Ф. VHDL. Справочное пособие по основам языка. Додэка. 2008.
5.Поликар Р. Введение в вейвлет-пребразование. Пер. Грибунина В.Г. СПб. АВТЭКС, 2001.
6.Заболевания молочной железы. П.И.Зима, Ю.Ф. Пауткин / Учебн. пособие. – М.: Изд-во РУДН, 1996.
7.Патология молочной железы. Э.Л. Нейштадт, О.Л. Воробьева – Санкт-Петербург: ООО «Издательство Фолиант», 2003.
8.Фирма NS. Фирменные описания микросхем для построения УЗМДУ.
9.Половко А.М., Бутусов П.Н. MATLAB для студента. СПб, БХВ-Петербург, 2005.
10.Алексеев Е.В., Чеснокова О.В. Самоучитель MATLAB 7.0. М., NT-Press. 2006. Новиков Л.В. Основы вейвлет-анализа сигналов. Учебное пособие. СПБ. 1999
Аннотация
Дипломный проект посвящён вопросам ранней диагностики рака молочной железы.
Рассматриваются основы анатомии молочной железы и патология, приводиться классификация заболевания и основные методы диагностики РМЖ применяющиеся на сегодняшний день.
Приведены основы УЗМДУ, показаны основные требования и параметры.
Приведено описание метода акустической резонансной визуализации, основывающееся на выявлении в молочной железе микрокальцинатов, которые являются ранними предвестниками РМЖ.
Приведено подробное описание метода непрерывного вейвлет-анализа при диагностике молочной железы.
Пояснительная записка к дипломному проекту состоит из четырех глав основного текста, списка литературы и двух Приложений.

ВВЕДЕНИЕ
Постановка задачи
Медико-социальная постановка задачи
Неуклонное увеличение заболеваемости раком молочной железы (РМЖ) в нашей стране и за рубежом ставит раннюю диагностику и лечение этого очень грозного заболевания в ряд наиболее актуальных, важных и значительных мировых медицинских проблем. Анализ заболеваемости показывает, что в некоторых в странах мира женщины болеют РМЖ в несколько раз чаще, чем в других. Самыми «привлекательными» для РМЖ являются жительницы США. Уровень заболеваемости РМЖ в некоторых штатах США превышает 130 на 100 тыс. женщин. Для сравнения, средний уровень заболеваемости в России составляет 38-39 на 100 тыс. В Москве этот показатель несколько выше и достигает почти 50 на 100 тыс. женщин. Есть страны с уровнем заболеваемости менее 20 заболевших на 100 тыс. женщин. Ежегодно диагностируется около 25000 новых случаев этого заболевания, и каждый год от него умирают приблизительно 15000 женщин - больше, чем от любого другого вида рака. Это самая распространенная причина смерти среди всех женщин в возрасте от 35 до 54 лет. По оценкам медиков, вероятность заболеть РМЖ равна 1:12, а в некоторых группах женщин, как показано ниже, она сщественно возрастает [12].
Но современная медицина совершенствуется и развивается. Усовершенствованные хирургические методы, применение радиотерапии, медикаментозное лечение и гормональная терапия, применяемые по отдельности или в сочетании, уменьшают возможность рецидива. Усовершенствованные методы ранней диагностики и реализация национальных программ скрининга позволяют обнаруживать РМЖ на ранней стадии, когда более высока вероятность излечения.
Научно-техническая постановка задачи
Целью настоящей бакалаврской работы было изучение современных тенденций в области УЗ исследований МЖ для создания современного УЗ аппарата, оснащенного аппаратными и программными средствами, обеспечивающими раннее выявления РМЖ.
Данная проблема является очень сложной научно-технической и инженерной задачей. Здесь необходимо обнаружить с малой долей ошибок типа "ложной тревоги" или "пропуска цели" (как принято говорить в радиолокации), ложно положительных или ложно отрицательных ошибок (как принято говорить в медицине) аномалию размером порядка 1 мм в диаметре (объёмом порядка 1 мм3) в объёме ткани МЖ порядка 105 мм3. Причём данная аномалия относительно редко встречается в обследуемой группе пациентов. Поэтому эта задача требует высочайшего пространственного разрешения УЗ диагностического устройства, высокого качества изображения по контрасту, а также возможности автоматически обрабатывать и умения правильно интерпретировать информацию во время обследования.
Как показал анализ, устройство, обладающее необходимыми качествами, может быть создано на основе разработанного в НИИТП базового медицинского УЗ локатора с синтезированием апертуры (МУЛСА) путем его дооснащения дополнительными аппаратными и программными средствами.
Коммерческая постановка задачиСтоимость АКМ, дооснащённого дополнительными средствами повышения эффективности ранней диагностики РМЖ, должна быть как минимум в два - три раза ниже цены аналогичных по параметрам зарубежных аппаратов. Однако, в любом случае не должна превышать 25 тыс. долл., чтобы быть доступной большинству отечественных медицинских учреждений.
АКМ должен быть импортозамещающим, экспортопригодным прибором.
Проведение массовых профилактических обследований населения на предмет выявления опухолей МЖ требует огромных расходов. АКМ должен быть диагностически эффективным прибором, позволяющим оперативно проводить диагностику. На Западе стоимость пункционной биопсии составляет 750-1000 долл. Единственный способ повышения эффективности и экономичности скрининга заболеваний МЖ связан со снижением до минимума числа проводимых биопсий за счёт более чёткой дифференциации опухолей на этапе, предшествующем биопсии. С этой же целью прибор должен быть, в частности, дооснащён средствами повышения производительности труда врача, освобождающими его от рутинной работы по оформлению заключений УЗ-обследований.
Результаты информационного и патентного поискаВо всём мире ведутся интенсивные исследования по ранней диагностике заболеваний МЖ. Чтобы разработать конкурентоспособное изделие необходимо ознакомиться с мировым опытом.
В процессе работ по разработке АКМ и, в частности, выполнения настоящего дипломного проекта, было проведено знакомство с большим количеством литературы по данной тематике.
Патентный поиск проводился по патентному фонду США по ключевым словам (ultrasound AND "breast tissue" AND mammography) за 1999 - 2005 гг. Было выявлено 220 патентов. Несмотря на то, что в качестве ключевого слова (признака) использовалось слово ultrasound, автоматический патентный поиск дал большое количество патентов по не УЗ методам диагностики (рентгеновскому, фотоакустическому, инфракрасному и пр.), тесно связанным с УЗ.
Из общего перечня патентов для данной работы наибольший интерес представляли группы патентов, касающиеся:
- ранней диагностики РМЖ,
- использования 3D-визуализации в маммологии,
- использования вейвлет-преобразования при характеризации ткани МЖ.
Последняя группа патентов выделена из общего перечня и оформлена в виде отдельного списка в приложении 1.
ГЛАВА 1. МЕДИЦИНСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Анатомия молочных желез
Молочная железа расположена на передней поверхности грудной клетки от 3 до 7 ребра. Это сложная трубчато-альвеолярная железа (производное от эпидермиса, ее относят к железам кожи). Паренхима железы состоит из 15 – 20 долек железистой ткани (доли или сегменты), окруженных жировой клетчаткой и заключенных в капсулу из поверхностной грудной фасции. От капсулы вглубь идут междольковые пучки соединительнотканных волокон, поддерживающие молочную железу. Жировая клетчатка окружает железу снаружи и проникает вглубь между дольками железы. Каждая долька представляет собой трубчато-альвеолярную желёзку, состоящую из густой сети млечных протоков, с многочисленными боковыми выпячиваниями – альвеолами. Выводные протоки долек расположены в радиальном направлении, открывающиеся выводным протоком на вершине соска. Доли (сегменты) представлены 20 – 40 дольками, состоящими из 10 – 100 альвеол каждая. [6]
Рис 1.1. Анатомическое строение молочной железы

1.1.1 Кровоснабжение МЖ и отток лимфы
Молочная железа снабжается кровью ветвями наружной грудной (30%), внутренней грудной (60%) и межреберных артерий (10%). Венозный отток осуществляется через межреберные и внутренние грудные вены.
Отток лимфы осуществляется через поверхностную и глубокую лимфатические сети, которые сливаются с кожной лимфатической сетью, идут к ареоле и образуют подареолярное лимфатическое сплетение. Лимфа из молочной железы оттекает в регионарные лимфатические узлы. Регионарными являются подмышечные и парастернальные лимфатические узлы. Основным направлением оттока лимфы из молочной железы является путь к подмышечным лимфоузлам, но из медиальных и центральных квадрантов железы лимфа, минуя подмышечный путь, может оттекать в парастернальные лимфатические узлы. Отток лимфы происходит и в других направлениях. Из них особенно важен путь к молочной железе, подмышечным и парастернальным лимфатическим узлам противоположной стороны.
1.1.2 Патологоанатомическая характеристика
Локализация. Молочную железу условно делят на четыре квадранта двумя перпендикулярными линиями, проводимыми в вертикальном и горизонтальном направлении через сосок. По расположению квадранты называют верхневнутренним, верхненаружным, нижневнутренним и нижненаружным. Кроме этого, выделяют центральный квадрант, расположенный в окружности соска, и аксиллярныйотросток. Рак может возникать в любом отделе молочной железы, но чаще опухоль располагается в верхненаружном квадранте или на границе верхних квадрантов.
Рак молочной железы - эпителиальная опухоль, исходящая из протоков или долек железы. Различается по виду ткани, в которой развивается опухолевый процесс, и степени распространения. Раковые клетки могут образовываться в железистой ткани, в молочных протоках, жировой и соединительной ткани. Раковый процесс в разных тканях молочной железы прогрессирует по-разному. Некоторые опухоли разрастаются медленно и распространяются по организму (метастазируют), только после того, как станут большого размера. Другие опухоли более агрессивны, растут и метастазируют за короткий срок. При выявлении групп повышенного риска по раку молочной железы учитываются эндогенные и экзогенные факторы.

Рис 1.2. Рак молочной железы
Гистологическое строение. РМЖ обычно развивается из эпителия протоков, преимущественно мелких. В дольках он возникает примерно у 10% больных. Дольковый рак нередко бывает мультифокальным и иногда поражает обе молочные железы. Гистологическая картина многообразна. Типичной является аденокарцинома. Различают инфильтрирующие аденокарциномы, а также особые гистологические формы рака (медуллярный, папиллярный, слизистый, скиррозный, плоскоклеточный и др.). Опухоли одинакового гистологического строения различаются по степени дифференцировки клеток. Выделяют три гистологические градации:
G1 – высокая степень дифференцировки;
G2 – средняя степень дифференцировки;
G3 – низкая степень дифференцировки.
Степень дифференцировки является важным прогностическим фактором: чем ниже степень дифференцировки, тем хуже прогноз.
Симптоматика. Вся симптоматология РМЖ может быть разделена на три основные группы:
1. Первичные прямые признаки, являющиеся теневым отображением самого опухолевого узла.
2. Вторичные признаки, отражающие развитие «парапроцесса» вокруг опухолевого узла.
3. Косвенные признаки («признаки запущенности процесса»), свидетельствующие, о распространении процесса на значительную часть молочной железы.
Первичные и вторичные признаки отражаются в виде локальной «патологической перестройки» структуры молочной железы, как в области опухолевого узла, а также вокруг него. Причинами данного скиалогического синдрома являются: «сам опухолевый узел», реактивное воспаление, раковый лимфангит, стромогенный и реактивный склероз, дистрофический процесс (атрофия и дистрофия железистой ткани), в окружающей узел ткани, как следствие компрессии её растущим узлом. [6]
В отечественной и зарубежной литературе к первичным (основным) признаками рака молочной железы относят:
- непосредственное отображение опухолевого узла;
- наличие микрокальцинатов.
Необходимо отметить, что в настоящее время нет единодушного мнения, по поводу так называемых «микрокальцинатов». Л.Д. Линденбратен указывает, что данным термином обозначаются кальцинаты менее 1 мм. А.Г. Илькевич считает, что микрокальцинатом должен называться кальцинат размерами менее 0,5 мм. [9] Другие авторы, также не единодушны в характеристике микрокальцинатов по величине. Некоторые авторы пользуются классификацией микрокальцинатов по M. Le Gal, которая предусматривает деление микрокальцинатов на пять типов:
Тип1. Круглые и дуговидные кальцинаты, иногда горизонтальные или полулунные, соответствуют маленьким микрокистозным эктазиям.
Тип 2. Круглые, правильной формы.
Тип 3. Пылевидные, очень нежные.
Тип 4. Точечные, неправильной формы.
Тип 5. Червеобразные, древовидные. Отражают внутрипротоковый некроз.
Необходимо констатировать, что отнесение микрокальцинатов к первичным (основным) признакам рака молочной железы, может быть неверно по следующим соображениям:
- «скопления микрокальцинатов», «группы микрокальцинатов» регистрируются на снимках при рутинной «мастопатической трансформации», фиброаденомах, посттравматических и поствоспалительных участках склероза ткани молочной железы и др.;
- наличие кальцинатов может свидетельствует о нарушении «обменных процессов» в определенном участке молочной железы, с последующим дистрофическим процессом и метаплазией.
Однако, в данной работе мы будем считать микрокальцинаты размером 50-100 мкм признаками рака молочной железы.
Развитие опухоли. Темп роста новообразований молочной железы колеблется в широких пределах. В среднем от появления опухоли микроскопических размеров до достижения 1 см в диаметре проходит 8 – 9 лет. Дальнейший рост происходит более быстрыми темпами. Темп роста зависит от многих факторов. Имеет значение форма опухоли: инфильтративные формы характеризуются быстрым ростом, рак Педжета - медленным. У молодых женщин новообразование растет быстрее, чем у женщин в менопаузе. Ускоренными темпами рак развивается во время беременности и при грудном вскармливании.
1.1.3 Стадии РМЖ
Раковые заболевания классифицируются по стадиям. Определение стадии рака - это процесс установления количества раковых образований в организме и места их расположения. Врачи определяют стадию рака, собирая информацию из результатов обследований и анализов опухоли, лимфатических узлов и отдаленных органов.
•Клиническая стадия определяется по информации, полученной в результате проведенного врачом обследования, а также в результате визуализации (рентгенограммы, маммограммы и т.д.)
•Патологическая стадия включает в себя информацию, полученную при хирургическом удалении раковой опухоли и лимфатических узлов.
Наиболее часто применяемая для описания развития и распространения рака молочной железы схема - это система определения стадии TNM, также известная как система Американского совместного комитета по онкологии (American Joint Committee on Cancer, AJCC). В системе определения стадии TNM информация об опухоли, близлежащих лимфатических узлах, метастазах в отдаленные органы объединяется, и стадии присваиваются определенные TNM- группы. Стадии, которым присвоены группы, описываются с использованием цифры 0 и римских цифр от I до IV. [6]
T обозначает размер раковой опухоли (измеряемым в сантиметрах). N обозначает распространение в лимфатические узлы, распложенные в области молочной железы, и M обозначает метастаз (распространение в отдаленные органы тела).
Категории T: Категории T определяются на основе размера раковой опухоли молочной железы, ее месторасположения в груди и распространения на соседнюю ткань.
•T0: Признаки первоначальной опухоли отсутствуют.
•Tis: Карцинома in situ или неинвазивный рак молочной железы.
Протоковая карцинома in situ (DCIS): Раковые клетки расположены в протоках молочной железы и не поражают стенки протоков и окружающие ткани.
Дольковая карцинома in situ (LCIS): Также называемая дольковой неоплазией.
Аномальные клетки растут в дольках молочной железы (производящих молоко железах), но не проникают через стенки долек и не вызывают поражения.
Карцинома LCIS не является в действительности раком, но женщины, страдающие карциномой LCIS, подвержены большему риску развития инвазивного рака молочной железы на более поздней стадии жизни.
•T1: раковая опухоль размером 2 см в диаметре (около 3/4 дюйма) или меньше.
•T2: раковая опухоль размером более 2 см, но не больше 5 см в диаметре.
•T3: раковая опухоль размером более 5 см в диаметре.
•T4: раковая опухоль любого размера и распространившаяся на грудную стенку или кожу.

Категории N: Категории N определяются на основе того, какие из лимфатических узлов, расположенных около молочной железы, поражены раком (при наличии таковых).
•N0: Рак не распространился в лимфатические узлы.
•N1: Рак распространился в лимфатические узлы, расположенные в области подмышки с той же...

Учебные метериалы

Прочие разделы