Thermal simulation of breast tumors
F. J. González
Instituto de Investigación en Comunicación Óptica, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Álvaro Obregón 64, San Luis Potosí, SLP, México, Tel.: +52 (444) 825–0183 ext 232; fax: +52 (444) 825–0198, e–mail: javier@cactus.iico.uaslp.mx
Recibido el 28 de mayo de 2007
Aceptado el 30 de julio de 2007
Abstract
It is well known that differences in energy consumption exist for normal and cancerous tissue. These differences lead to small but detectable local temperature changes, which is why infrared imaging has been used in the detection of different types of cancer; however, the early instrumentation was not sensitive enough to detect the subtle changes in temperature needed to accurately diagnose and monitor the disease. In recent years the sensitivity of infrared instruments has greatly improved. In this paper the bioheat transfer equation is solved for a simplified model of a female breast and a cancerous tumor in order to quantify the minimum size of a tumor or the maximum depth of a certain sized tumor that a modern state–of–the–art infrared imaging system can detect. Finite Element simulations showed that current state–of–the–art imagers are capable of detecting 3 cm tumors located deeper than 7 cm from the skin surface, and tumors smaller than 0.5 cm can be detected if they are located close to the surface of the skin.
Keywords: Cancer simulation; thermopathology; bioheat equation; thermal simulation.
Resumen
Es bien conocido que existen diferencias en consumo de energía entre tejido normal y tejido canceroso. Estas diferencias generan pequenos cambios en la temperatura que pueden ser detectables; es por eso que se ha tratado de utilizar la termografía infrarroja para detectar diferentes tipos de cáncer. Los primeros trabajos al respecto utilizaban cámaras termográficas que no eran lo suficientemente sensitivas para detectar los pequeños cambios en la temperatura necesarios para monitorear y diagnosticar efectivamente esta enfermedad. En años recientes la sensitividad de las cámaras termográficas ha aumentado notablemente; en este trabajo se resolvió la ecuación de transferencia de calor en tejidos biológicos para un modelo simplificado de un seno femenino y un tumor canceroso con el objetivo de cuantificar el tamaño mínimo y la profundidad máxima de un tumor que puede ser detectado con un sistema moderno de termografía infrarroja. Las simulaciones de elemento finito demostraron que los sistemas termográficos modernos pueden detectar tumores de 3 cm de diámetro localizados a una profundidad mayor a 7 cm y tumores menores a 0.5 cm si se encuentran cerca de la superficie de la piel.
Descriptores: Cáncer de seno; simulación térmica; método del elemento finito.
PACS: 87.63.Hg; 87.19.Pp; 87.64.Aa
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Acknowledgments
This work was supported in part by SEP, UASLP–FAI and CONACyT through grants PROMEP /103.5/04/1386, C06–FAI–11–35.72 and FMSLP–2005–C01–28, respectively.
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