Mathematical modeling of temperature variation in breast tissue with and without tumor/cyst during menstrual cycle

Abstract

На терморегуляцію жіночого організму людини впливають гормональні та фізіологічні зміни в організмі під час менструального циклу. Флуктуації гормонів естрогену та прогестерону, що виділяються у фолікулярній та лютеїновій фазах менструального циклу відповідно, відіграють важливу роль у зростанні проток грудей та молочних залоз. Дисбаланс цих гормонів викликає пухлину молочної залози/кісту. Базальна температура тіла, перфузія крові та швидкість обміну речовин вищі в лютеїновій фазі, ніж у фолікулярна фазі менструального циклу. У цій роботі припускається, що пухлина/кіста знаходиться у залозистому шарі. Двовимірне рівняння біологічного нагрівання Пеннеса розв’язано для виявлення змін температури в тканині молочної залози з пухлиною/кістою та без неї під час менструального циклу за допомогою методу скінченних елементів. Результати показують, що температура кожного шару тканини молочної залози в лютеїновій фазі вища, ніж у фолікулярній для випадку нормального стану, наявності пухлини та кісти.The thermoregulation of human female body is influenced by hormonal and physiological changes in the body during the menstrual cycle. The fluctuation of estrogen and progesterone hormones, release in the follicular phase and the luteal phase of menstrual cycle, respectively play an important role in the growth of breast ducts and lobules (milk glands). The imbalance of these hormones causes breast tumors/cysts. The body core temperature, blood perfusion and metabolism rate are higher in the luteal phase than the follicular phase of menstrual cycle. In the present work, a tumor/cyst is assumed to be in the glandular layer. A two-dimensional Pennes bioheat equation is solved to find the temperature variation in breast tissue with and without tumor/cyst during the menstrual cycle by using the finite element method. The results show that the temperature of each layer of breast tissue in the luteal phase is higher than the follicular phase in the case of normal breast, tumorous breast and breast with cyst.