Дистанционная инфракрасная термография как современный неинвазивный метод диагностики заболеваний

22 грудня 2008
7060
Резюме

Представлены результаты применения термографа с матричным фотоприемником инфракрасного излучения для диагностики заболеваний пациентов и проведения профилактических осмотров, что открывает новые перспективы фундаментальных исследований термосемиотики и клинической эффективной диагностики заболеваний. Показана перспективность применения данного метода в условиях многопрофильной клинической больницы. Метод позволяет проводить многоразовые обследования пациентов на этапе лечения, наблюдать заживление ран на этапе морфогенеза, оценивать эффективность выбранного курса лечения. Новый термограф с матричным фотоприемником имеет высокую чувствительность, что обеспечивает принципиально новый уровень и качество детализации термотопографии кожных покровов.

ВВЕДЕНИЕ

Термография как один из методов неинвазивного обследования больных существовала в Украине в начале 1980-х годов, основанная академиками А.Ф. Возиановым и Л.Г. Розенфельдом (Розенфельд Л.Г. и соавт., 1988; Возианов А.Ф., Розенфельд Л.Г., 1991; 1993). В Украине первые термографические исследования были выполнены профессором А.И. Позмоговым в начале 70-х годов ХХ ст. в Киевском научно-исследовательском рентгенорадиологическом и онкологическом институте АМНУ.

Однако отсутствие собственного производства термографов, распространение магнитно-резонансной и компьютерной томографии, ультразвукового исследования (УЗИ) привели к постепенному спаду клинической термодиагностики. В настоящее время в связи с появлением нового класса термографов с высоким разрешением вновь возник интерес к этому неинвазивному методу обследования пациентов (Вайнер Б., 1999; Ring, E. et al., 2000; Park J.V. et al., 2003; Ammer K., 2004; Hassan M., 2004; Венгер Е.Ф. и соавт., 2006; Заболотный Д.И. и соавт., 2006; Розенфельд Л.Г. и соавт., 2006; Diakides N.A., Bronzino J.D., 2006).

В то же время разработан также несколько видоизмененный метод цифровой контактной термомаммографии (Приходченко В.В. и соавт., 2007) в диагностике рака молочной железы.

В результате начатых в Институте физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАНУ в 1999 г. работ был создан термограф с матричным фотоприемником, что позволило возродить клиническую термодиагностику. По своим техническим характеристикам камера соответствует современному уровню тепловизионных систем, которые используются в мировой медицинской практике (Венгер Е.Ф. и соавт., 2006; Diakides N.A., Bronzino J.D., 2006). В результате создания отечественного термографа выполнены работы по термодиагностике раннего выявления заболеваний человека (Венгер Е.Ф. и соавт., 2006), исследована возможность применения термографа в условиях многопрофильной клинической больницы (Розенфельд Л.Г. и соавт., 2006), изучены новые возможности дистанционной инфракрасной термографии в оториноларингологии (Заболотный Д.И. и соавт., 2006), показана возможность применения термографа в ортопедии и травматологии (Розенфельд Л.Г. и соавт., 2007).

В данной работе приведены результаты дальнейших исследований по применению дистанционной инфракрасной термографии в медицинской практике, которая позволяет быстро диагностировать целый ряд заболеваний пациента, не прибегая к сложным обследованиям, проследить в динамике восстановление состояния больного после хирургических операций или в процессе лечения медикаментозными препаратами.

ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Термограф (рис. 1) состоит из фотоприемной камеры (фоточувствительная матрица из 74 240 пикселей + германиевый объектив + электронный блок преобразования видеосигнала в цифровой сигнал), персонального компьютера, цветного принтера.

Диапазон спектральной чувствительности 2–5,3 мкм

Температурная чувствительность 0,07 °С

Расстояние до объекта от 5 см до бесконечности

Диапазон измеряемых температур 22–45 °С

Размеры камеры 22×15×13 см

Питание термографа 12 В, 220 В

Охлаждение матрицы жидкий азот (0,8 л на 6 ч непрерывной работы).

Подготовку больных к обследованию выполняли в соответствии с правилами в кабинете с микроклиматом (Возианов А.Ф. и соавт., 1993).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Болезнь Рейно. На рис. 2 приведены термограммы пациентки с заболеванием, связанным со спазмом мелких артерий дистальных отделов конечностей (рис. 2а, б), кончика носа (рис. 2в), (болезнь Рейно). Следует отметить, что доля больных среди обследованных пациентов с указанной патологией достигает около 30%, преимущественно этот вид заболевания характерен для женщин в возрасте 18–45 лет.

Градиент температуры пальцы — запястья руки — в пределах 5,8–6,3 °С; пальцы ног — стопа в пределах 4,07–6,52 °С; кончик носа — щека в пределах 5,03–6,86 °С.

Травматология и ортопедия. При переломах костей многогранность и лабильность механизмов регуляции теплообмена пока не позволяет получить адекватные для повреждения костной ткани термографические изображения и рассчитывать на их использование для характеристики соответствующих этапов репаративного остеогенеза.

Исследование верхних и нижних конечностей весьма информативно в послеоперационный период для ранней диагностики гнойно- воспалительных осложнений при ношении компрессионно-дистракционных аппаратов, для контроля восстановления микроциркуляции конечности после снятия гипсовой повязки в процессе выполнения реабилитационной терапии. На рис. 3а, б, в представлены термотопографии коленного сустава в процессе реабилитации после консолидированного перелома верхней трети голени. Диапазон визуализируемых температур 24–38 °С, 23–32 °С, 23–28 °С соответственно. Термограмма больной с грыжей в пояснично-крестцовом отделе позвоночника сегментов LХ–LХІ приведена на рис. 4. Градиент температуры зона поражения — окружающие ткани +(2,13–3,07) °С.

Термограмма больной с окклюзией правой и левой бедренной артерии показана на рис. 5 (симптом дистальной гипотермии). Анализ историй болезней и термограмм показал, что симптом интегрально отображает повышенную вязкость крови, что связано с высоким содержанием фибриногена, гиперфузией тканей конечностей, преобладанием венозного русла над артериальным.

Термограмма воспаления суставной сумки в области локтевого отростка левого локтевого сустава представлена на рис. 6. Градиент температуры (область воспаления — окружающие ткани) +(2,65–3,38) °С, что свидетельствует о гнойном характере воспаления околосуставной сумки в области локтевого отростка.

Ангиоархитектоника. Венозная кровь является более горячей, чем артериальная. Хорошо визуализируются вены, лежащие на уровне сосочкового и ретикулярного слоев кожи или на границе между кожей и подкожной жировой клетчаткой. Визуализация вен в определенной степени зависит от индивидуальных особенностей больных. У пациентов с тонкой кожей вены визуализируются лучше. Чем сильнее развита подкожная жировая клетчатка, тем хуже визуализируются сосуды. При хронической венозной недостаточности нулевой степени идентифицируются вены нижних конечностей (рис. 7), не определяемые при визуальном осмотре. Эта информация может быть использована при выборе точек спиц в аппаратах вне очагового остеосинтеза и доступа при выполнении операций при проведении металлоостеосинтеза.

Остеоинтеграция эндопротеза проксисмального отдела бедренной кости. Оценивали по степени восстановления физиологической термотопографии кожных покровов бедра. Хорошая остеоинтеграция отмечалась у больных с адекватным или избыточным типом термореактивности на охлаждение и симптомом дистальной изотермии, неудовлетворительная — у больных с редуцированным или инертным типом термореактивностии, симптомом дистальной гипотермии.

На рис. 8 показаны термограммы больной с эндопротезом в левом тазобедренном суставе: а) задняя и б) боковая проекции. Градиент температуры областей область протеза — бедро составляет +1,05 °С, градиент температуры правый тазобедренный сустав — бедро перед эндопротезированием составляет +1,66 °С.

Расшатывание, нестабильность эндопротеза, наличие металлоза, гетеротопических оссификатов наблюдалось у некоторых больных и сопровождалось выраженной гетерогенной гипертермией в проекции эндопротеза с градиентом термоассиметрии +1,5 °С.

Пульмонология. Термограмма больной с пневмонией в фазе обострения представлена на рис. 9. В данном случае наблюдается выраженная гипертермия (зона верхней и нижней долей легкого) с градиентом температуры от +2,31 до +2,76 °С. Наблюдение больной в динамике позволяет оценить эффективность лечения и осуществлять его коррекцию, не используя рентгенологическое обследование. На рис. 10 приведены термограммы больной с острым бронхитом: а) до и б) после проведения курса лечения.

Маммология. Одна из отличительных особенностей молочной железы состоит в том, что ее нормальное строение характеризуется большой вариабельностью в зависимости от возраста и состояния репродуктивной системы и периода менструального цикла, что создает большие трудности в том, чтобы отличить физиологические изменения ткани от патологических, а также определить тип патологии.

Термограмма больной раком левой молочной железы приведена на рис. 11. Наличие злокачественного образования (рак соска и околососкового поля) в последствии было подтверждено цитологическими исследованиями в онкологическом центре. Больная прошла курс химио- и лучевой терапии. Термограммы молочных желез после химиотерапии и лучевой терапии приведены на рис. 12 и 13 соответственно. Зона гипертермии левой молочной железы характеризуется градиентом температуры от +2,69 до +3,24 °С (левая грудь — градиент температуры от +(0,5–0,7) °С). После химиотерапии зона гипертермии уменьшилась (градиент температуры левой молочной железы составлял +(2,17–3,0) °C; правой молочной железы от +0,6 до +1,05 °С). После лучевой терапии зона гипертермии и градиенты температур левой и правой молочных желез практически не изменились. Термограмма больной с фиброзно- кистозным фиброаденоматозом левой молочной железы приведена на рис. 14. Зона гипотермии имеет градиент температуры –0,94 °С.

Проведение массового обследования женщин с применением метода термографии позволяет на ранних стадиях выявлять изменения в молочных железах, определять характер этих изменений и вести наблюдение за такими больными, не используя рентгенографическое обследование.

Отоларингология. На рис. 15 приведена термограмма больного с левосторонним экссудативным гайморитом. Градиент температуры в зоне левой носовой пазухи лежит в диапазоне температур +(1,17–2,86) °С. После проведения радикальной операции на верхнечелюстной пазухе градиент температуры снизился до +(0,6–1,1) °С.

Эндокринология. При отсутствии поражения щитовидной железы определяется нормальная термотопография в области проекции щитовидной железы на переднюю поверхность шеи. Термоасимметрия находится в пределах физиологической нормы. При наличии патологии в щитовидной железе наблюдается усиление обмена и кровотока, а также увеличение объема органа, что можно выявить при термографическом обследовании пациентов. Термограмма больной с выявленными изменениями в левой и правой долей щитовидной железы приведена на рис. 16а. Градиент температуры правая доля — соседние области составляет +(2,25–2,83) °С, левая доля +(1,55–2,13) °С. Результаты УЗИ свидетельствуют, что у больной правая доля 12 см3, левая — 8 см3, перешеек — 0,5 см3.

У больной на рис. 16б градиент температуры в области образования — соседние ткани составляет +(0,45–0,79) °С. При УЗИ выявлено в левой доле три мелких (до 5×3 мм2) жидкостных образований, содержащих незначительные включения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Применение в медицинской практике термографов нового поколения расширяет возможности диагностики заболеваний пациентов и проведение профилактических осмотров.

Метод позволяет наблюдать в динамике и контролировать эффективность лечения и осуществлять его коррекцию, наблюдать заживление ран на разных стадиях морфогенеза, что разрешает предупредить возможное развитие осложнений.

Использование термографа является высокоэффективным методом обследования пациентов при выявлении проявлений воспалительного процесса, особенно на этапе отсутствия специфических клинико- лабораторных данных; как экспресс- диагностика при определении жизнеспособности мягких тканей, которое разрешает использовать метод для определения объема операции первичной хирургической обработки раны. Применение термографии в маммологии позволяет на ранней доклинической стадии выявлять патологические изменения в молочных железах.

ЛИТЕРАТУРА

  • Вайнер Б. (1999) Матричные тепловизионные системы в медицине. Врач, 10: 30–31.
  • Венгер Є.Ф., Дунаєвський В.І., Коллюх О.Г. та ін. (2006) Тепловізійна діагностика раннього виявлення захворювань людини. Электроника и связь, 2: 79–83.
  • Возианов А.Ф., Розенфельд Л.Г.(ред.) (1991) Клиническая термодиагностика. Атлас термограмм. Здоров’я, Киев, 64 с.
  • Возианов А.Ф., Розенфельд Л.Г., Колотилов Н.Н. и др. (1993) Компьютерная термодиагностика. Киев, 152 с.
  • Заболотный Д.И., Розенфельд Л.Г., Колотилов Н.Н. и др. (2006) Новые возможности дистанционной инфракрасной термографии в оториноларингологии. Журн. вушних, носових і горлових хвороб, 5: 2–5.
  • Приходченко В.В., Седаков И.Е., Приходченко О.В. и др. (2007) Применение цифровой контактной термомаммографии в диагностике рака молочной железы. Онкология, 9(2): 115–119.
  • Розенфельд Л.Г. (ред.) (1988) Основы клинической дистанционной термодиагностики. Здоров’я, Киев, 224c.
  • Розенфельд Л.Г., Венгер Є.Ф., Лобода Т.В. та ін. (2006) Дистанційний інфрачервоний термограф з матричним фотоприймачем та досвід його використання у клінічній лікарні. Укр. радіолог. журн., 4: 450–456.
  • Розенфельд Л.Г., Самохін А.В., Венгер Є.Ф. та ін. (2007). Дистанційна інфрачервона термографія в ортопедії та травматології. Променева діагностика, променева терапія, 1: 5–8.
  • Ammer K. (2004) Thermology 2003 — A computer-assisted literature survey with a focus on nonmedical applications of thermal imaging. Thermology International, 14(1): 5–36.
  • Diakides N.A., Bronzino J.D. (2006) Medical Infrared imaging. CRC Press Taylor Group LLC, London, New York, 451 p.
  • Hassan M., Little R.F., Vogel A. et al. (2004) Quantitative assessment of tumor vasculature and response to therapy in Kaposi’s sarcoma using functional noninvasive imaging. Technol. Cancer Res. Treat., 3(5): 451–457.
  • Park J.V., Kim S.H., Lim D.J. et al. (2003) The role of thermography in clinical practice: review of the literature. Thermology International, 13: 77–78.
  • Ring E., Ammer K. (2000) The technique of infrared imaging in medicine. Thermology International, 10(1): 7–14.
>Дистанційна інфрачервона термографія як сучасний неінвазивний метод
діагностики захворювань

Розенфельд Леонід Георгійович, Самохин А В, Венгер Є Ф, Лобода Т В, Колотілов М М, Коллюх Олексій Галактіонович, Дунаєвський В І

Резюме. Наведено результати застосування термографа з матричним фотоприймачем інфрачервоного випромінювання для діагностики захворювань пацієнтів та проведення профілактичних оглядів, що відкриває нові перспективи фундаментальних досліджень термосеміотики та клінічної ефективної діагностики захворювань. Показана перспективність застосування даного методу в умовах багатопрофільної клінічної лікарні. Метод дозволяє проводити багаторазові обстеження пацієнтів на етапі лікування, спостерігати загоєння ран на етапі морфогенезу, оцінювати ефективність вибраного курсу лікування. Новий термограф з матричним фотоприймачем має високу чутливість, що забезпечує принципово новий рівень і якість деталізації термотопографії шкірних покривів.

Ключові слова:термограф, інфрачервоний матричний фотоприймач, градієнт температури

>Remote infra-red thermography as modern non-invasive method of diseases diagnostics

Rozenfeld Leonid G, Samohin A V, Venger E F, Loboda T V, Kolotilov N N, Kolluch Alexey G, Dunaevsku V I

Summary. That is the presentation of the results of using of the thermograph with matrix infra-red rays photodetector for the patients’ diseases diagnostics and the preventive examination that opens a new perspectives for the fundamental researches of the thermo semiotics and effective clinical diagnostics of the diseases. The availability of this method using in the conditions of the multiple-discipline clinical hospital is shown here. The method allows fulfilling non-expendable patients’ examinations during the medical treatment, controlling the wound repair at the morphogenesis stage, appreciating the effectiveness of the selected treatment course. New thermograph with the matrix photodetector has high sensibility that provides absolutely new level and quality of the cutaneous covering thermotopography detailing.

Key words: thermograph, infra-red matrix photodetector,
temperature gradient

Адрес для переписки:
Коллюх Алексей Галактионович
03028, Киев, просп. Науки, 41
Институт физики полупроводников им. В.Е. Лашкарева НАНУ