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Distinguishing Benign and Malignant Tumors using Microwave Breast Imaging

Martins, R. A. ; Felício, J. M. ; Costa, J.R. ; Fernandes, C. A.

Distinguishing Benign and Malignant Tumors using Microwave Breast Imaging, Proc ISCTE 1ª Conferência de Saúde Societal, Lisboa, Portugal, Vol. , pp. - , June, 2022.

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Abstract
Nos últimos anos, a comunidade científica tem estudado Imagem Médica por Microondas (MWI) como complemento aos métodos convencionais de diagnóstico de cancro da mama (Raio X, Ressonância Magnética e Ultrassons). Contrariamente às tecnologias existentes, os sistemas baseados em MW não são 41 invasivos, são de natureza não-ionizante e potencialmente de baixo custo, estimulando o seu uso em rastreios de grande escala. O funcionamento de sistemas MWI baseia-se no contraste entre as propriedades dielétricas dos vários tecidos presentes na mama (gordura, fibroglandulares e tumores). No entanto, vários estudos revelam que tumores benignos e malignos podem apresentar características dielétricas muito próximas, podendo assim levar a uma incorreta distinção entre tumores. É conhecido que os tumores benignos apresentam uma margem bem definida e são redondos ou ovais; enquanto os tumores malignos têm uma margem mal definida e podem ser microlobulados ou apresentar espículos. Os objetivos deste estudo foram, por um lado, determinar experimentalmente o tamanho mínimo do tumor que pode ser detetado por MWI, e por outro lado, investigar se as diferenças morfológicas do tumor podem ser detetáveis com MW, possibilitando a sua distinção. Para a realização deste trabalho utilizou-se uma montagem desenvolvida no Instituto de Telecomunicações, em Lisboa, que consiste numa plataforma, que representa a marquesa de exame, onde apoiamos um modelo antropomórfico da mama ( phantom”). Uma antena rodou em torno da mama (de 9 em 9 graus), enquanto emitiu sinais de radar de muito baixa potência na banda de frequências entre 2 GHz e 5 GHz. O phantom” da mama utilizado neste trabalho foi realizado utilizando uma impressora 3D, ácido polilático e um modelo CAD da mama derivado de uma ressonância magnética. Por ser um trabalho preliminar, imprimiu-se apenas a parede da mama (representando a pele) e ignorou-se o tecido fibroglandular. Preencheu-se com uma mistura líquida homogénea, representativa das propriedades eletromagnéticas do tecido adiposo da mama. Para além disso, foram fabricados pelo mesmo processo phantoms” de tumores benignos (forma bem definida) e malignos (com espículos). Foram colocados 16 destes tumores – 8 benignos e 8 malignos – de diferentes raios – 3 a 10 mm – numa posição fixa dentro da mama, um de cada vez. Desta forma, esta montagem emulou um sistema real, onde teríamos um paciente numa marquesa em posição de decúbito ventral, com uma mama pendente numa abertura da marquesa, para permitir a sua iluminação pela antena que roda por baixo em torno da mama. Os sinais medidos foram processados de modo a produzir imagens da mama. Foi aplicado primeiro um algoritmo adaptável para remoção da reflexão da pele, seguido de um algoritmo de reconstrução de imagem baseado na migração de ondas. Concluiu-se que os dois tipos de tumores foram detetados, excetuando os de raio 3 mm, o que baliza a sensibilidade do sistema proposto. Contudo, devido à baixa resolução do sistema, não foi possível discernir diferenças entre tumores benignos e malignos. No futuro, estudaremos técnicas complementares, nomeadamente algoritmos de aprendizagem automática (machine learning), que permitirão fazer esta distinção a partir dos mesmos dados de MWI.