Термография (тепловидение)

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.

Стандарты [ править ]

ASTM International (ASTM)

• ASTM C1060, Стандартная практика термографического контроля изоляционных материалов в полостях ограждающих конструкций каркасных зданий
• ASTM C1153, Стандартная практика размещения влажной изоляции в кровельных системах с использованием инфракрасного изображения
• ATSM D4788, Стандартный метод испытаний для обнаружения расслоения мостовых настилов с помощью инфракрасной термографии
• ASTM E1186, Стандартные методы обнаружения мест утечки воздуха в ограждающих конструкциях зданий и системах воздушных барьеров
• ASTM E1934, Стандартное руководство по исследованию электрического и механического оборудования с помощью инфракрасной термографии
• Стандарт на инфракрасный контроль электрических систем и вращающегося оборудования
• Стандарт инфракрасного контроля утепленных крыш
• Стандарт на инфракрасный контроль ограждающих конструкций зданий
• Стандарт на инфракрасный контроль для обнаружения вредных организмов и повреждений, связанных с вредителями
• Стандарт для инфракрасного контроля установленных фотоэлектрических (PV) систем
• Стандарт инфракрасного контроля прогулочных яхт и малых судов, изготовленных из пластика и композитных материалов, армированных стекловолокном
• Стандарт инфракрасного тепловидения лошадей
• Стандарт на измерение и компенсацию излучения с использованием инфракрасных радиометров
• Стандарт для измерения и компенсации отраженной температуры с помощью радиометров с инфракрасным изображением
• Стандарт на измерение и компенсацию пропускания ослабляющей среды с использованием инфракрасных радиометров
• Стандарт для измерения расстояний / значений размера объекта для инфракрасных радиометров

Международная организация по стандартизации (ISO)

• ISO 6781, Теплоизоляция. Качественное обнаружение тепловых неоднородностей в ограждающих конструкциях зданий. Инфракрасный метод.
• ISO 18434-1, Мониторинг состояния и диагностика машин. Термография. Часть 1. Общие процедуры.
• ISO 18436-7, Мониторинг состояния и диагностика машин. Требования к квалификации и оценке персонала. Часть 7. Термография.

References

1. Ring E.F.J., Ammer K. Infrared thermal imaging in medicine. Physiol Meas 2012; 33: 33–46.
2. Lawson R.N. Implications of surface temperatures in the diagnosis of breast cancer. Canad Med Assoc J 1956; 4 (75): 309–310.
3. Miroshnikov M.M., Kolesov S.N., Stulin I.D., Pertsov O.L., Sobolev N.F. Medical thermal imaging: history, current status, development pro-spects. Thermal imaging in medicine – SB RAS, available at: http://bibl.laser.nsc.ru/download/ 2006/PO_sec4.pdf (in Russian).
4. Mettler F.A., Bhargavan M., Faulkner K. Radiologic and nuclear medicine studies in the United States and worldwide: frequency, radiation dose, and comparison with other radiation sources 1950–2007. Radiology 2009; 253: 520–531.
5. Hall E.J., Brenner D.J. Cancer risks from diagnostic radiology: the impact of new epidemiological data. Br J Radiol 2012; 85: 1316–1317.
6. Fitzgerald A., Berentson-Shaw J. Thermography as a screening and diagnostic tool: a systematic review. N Z Med J 2012; 125: 80–91.
7. Zhang H.Y., Cho B.Y., Kim H.S., Cho Y.E. Thermo-graphic diagnosis of whiplash injury with/without radiculopathy. Key Eng Mater 2006; 845: 321–323.
8. Bernstein M., Nichols G., Blair J. The use of black and white infrared photography for recording blunt force injury. Clin Anat 2013; 26: 339–346.
9. Hosie K.B., Wardrope J., Crosby A.C., Ferguson D.G. Liquid crystal thermography in the diagnosis of scaphoid fractures. Arch Emerg Med 1987; 4: 117–120.
10. Lahiri B.B., Bagavathiappan S., Jayakumar T., Philip J. Medical applications of infrared thermography: a review. Infrared Phys Technol 2012; 55: 221–235.
11. Sanchis-Sánchez E., Vergara-Hernández C., Cibrián R.M., Salvador R., Sanchis E., Codoñer-Franch P. Infrared Thermal Imaging in the Diagnosis of Musculoskeletal Injuries: A Systematic Review and Meta-Analysis. American Journal of Roentgenology 2014; 203: 875–882.
12. Ammer K. Repeatability of identification of hot spots in thermal images is influenced by image processing. Thermology Int 2011; 21: 40–46.
13. Kanazawa T., Nakagami G., Goto T. Use of smartphone attached mobile thermography assessing subclinical inflammation: a pilot study. J Wound Care 2016; 25: 177–180.
14. Dekhtyarev YU.P., Nechiporuk V.I., Mironenko S.A., Venger E.F., Dunayevskiy V.I., Kotovskiy V I., Solov′yev E. The use of remote infrared thermography in the diagnosis of diseases and the effects of injuries in athletes. Elektronika i svyaz′. Tematicheskiy vypusk «Elektronika i nanotekhnologii» 2009; 1: 220–223 (in Russian).
15. Dekhtyarev YU.P., Nechiporuk V.I., Mironenko S.A., Koval′chuk I.S., Venger E.F., Dunayevskiy V.I., Kotovskiy V.I. Infrared remote thermography as an auxiliary method in the diagnosis and treatment of vertebrogenic pain in athletes. Elektronika i svyaz′. Tematicheskiy vypusk «Elektronika i nanotekhnologii» 2010; 3: 122–125 (in Russian).
16. Dekhtyarev YU.P., Nechiporuk V.I., Mironenko S.A., Koval′chuk I.S., Venger E.F., Dunayevskiy V I., Kotovskiy V.I. The place and role of remote infrared thermography among modern diagnostic methods. Elektronika i svyaz′. Tematicheskiy vypusk «Elektronika i nanotekhnologii» 2010; 2: 192–196 (in Russian).
17. Vinogradov V.I., Veretenov I.S., Sledko V.N. Some aspects of the use of thermography in the rehabilitation of patients with impaired musculoskeletal and nervous systems. Funktsional′naya diagnostika 2005; 3: 72–78 (in Russian).
18. Zharova I.A. Thermography indices in patients with osteochondrosis and flat feet before and after a course of physical rehabilitation. Fizicheskoye vospitaniye studentov tvorcheskikh spetsial′nostey 2005; 2: 66–73 (in Russian).
19. Kolesov S.N., Volovik M.T., Priluchnyy M.N., Abyzova N.E., Muravina N.L., Legurova S.V. The main results of the use of thermal imaging in the Nizhny Novgorod Research Institute of Traumatology and Orthopedics. Teplovideniye v meditsine – SO RAN. – Rezhim dostupa: http://bibl.laser.nsc.ru/download/2006/PO_sec4.pdf (in Russian).
20. Kozhevnikova I.S. The use of infrared thermography in modern medicine (literature review). Ekologiya cheloveka 2017; 2: 39–46 (in Russian).
21. Lakusta V.N., Moraru A.T. Thermography and cryotherapy in vertebro-neurology. Kishinev 2005; 190 (in Russian).
22. Vorob′yev L.P., Shestakov V.A., Egil′skaya V.I. Thermal imaging in medicine M.: Znaniye 1985; 64 (in Russian).

Внешние ссылки [ править ]

• Инфракрасная трубка , научные демонстрации инфракрасного изображения
• Compix , Некоторые виды использования термографических изображений в электронике
• Термографические изображения , инфракрасные изображения
• Неохлаждаемое тепловизионное изображение работает круглосуточно Лоуренс Мэйс
• Археологическая аэротермография
• Репозиторий приложений ИК-термометрии и термографии, Репозиторий приложений ИК-термометрии и термографии

Преимущества и недостатки

Среди преимуществ стоит выделить абсолютную безопасность исследования как для врача, так и для пациента, безболезненное исследование, не имеющее противопоказаний и ограничений по возрасту. Кроме того, прибор не загрязняет окружающую среду, имеет очень точное отображение локализации (погрешность — менее миллиметра), а также точно отображает температурные изменения (вплоть до 0,008 градусов по Цельсию) и позволяет обследовать все тело за один сеанс.

Минусом считаются и долгая подготовка, из-за которой иногда последствия могут быть уже необратимыми на момент обследования, высокая стоимость в сравнении с альтернативными методами, например, биопсией,  малое количество лечебных и медицинских исследовательских учреждений, которые проводят это исследование.

Преимущества [ править ]

Он показывает визуальное изображение, позволяющее сравнивать температуру на большой площади. Он способен ловить движущиеся цели в реальном времени. Он способен обнаруживать износ, то есть компоненты с более высокой температурой до их выхода из строя. Его можно использовать для измерения или наблюдения в областях, недоступных или опасных для других методов. Это метод неразрушающего контроля. Его можно использовать для поиска дефектов валов, труб и других металлических или пластиковых деталей. Его можно использовать для обнаружения объектов в темных областях. Он имеет некоторое медицинское применение, в основном, в физиотерапии .

Использование озона

Озон применяется в основном при кариесе. Это также безболезненный современный метод, позволяющий полностью отказаться от применения бормашины. Суть процедуры состоит в полной дезинфекции пораженного участка зуба. Обработав зуб озоном и уничтожив все патогенные микроорганизмы, его поверхность покрывают восстанавливающим эмаль составом. Вся процедура дезинфекции занимает не более чем полминуты. Плюсы данного способа:

• для проникновения в поражённую область зуба не нужно применять бормашину;
• высокая скорость операции;
• полное обеззараживание;
• безболезненность операции, что делает применение озона особо популярным в детской стоматологии.

Недостатком является то, что его применение возможно не всегда. Бывают глубокие поражения зубов, когда без бормашины добраться до нужного участка не получается.

Виды и применение рентгеноконтрастных препаратов в лучевой диагностике

В ряде случаев необходимо визуализировать анатомические структуры и органы, неразличимые на обзорных рентгенограммах. Для исследования в такой ситуации применяют метод создания искусственного контраста. Для этого, в область, которую необходимо исследовать, вводят специальное вещество, увеличивающее контрастность области на снимке. Подобного рода вещества имеют способность усиленно поглощать или наоборот уменьшать поглощение рентгеновского излучения.

Контрастные вещества разделяют на препараты:

• спирторастворимые;
• жирорастворимые;
• нерастворимые;
• водорастворимые неионогенные и ионогенные;
• с большим атомным весом;
• с малым атомным весом.

Жирорастворимые рентген контрастные препараты создаются на базе растительных масел и используются в диагностике структуры полых органов:

• бронхов;
• позвоночного столба;
• спинного мозга.

Спирторастворимые вещества применяют для исследования:

• желчных путей;
• желчного пузыря;
• внутричерепных каналов;
• спинномозговых, каналов;
• лимфатических сосудов (лимфографии).

Нерастворимые препараты создаются на основе бария. Их используют для перорального введения. Обычно с помощью таких препаратов исследуют составляющие пищеварительной системы. Сульфат бария принимают в виде порошка, водянистой суспензии или пасты.

К веществам с малым атомным весом относят уменьшающие поглощение рентгеновских лучей газообразные препараты. Обычно газы вводят для конкурирования рентгеновских лучей в полости тела или полые органы.

Вещества с большим атомным весом поглощают рентгеновское излучение и делятся на:

• содержащие йод;
• не содержащие йод.

Водорастворимые вещества вводят внутривенно для лучевых исследований:

• лимфатических сосудов;
• мочевыделительной системы;
• кровеносных сосудов и др.

Профессии будущего в медицине: основные направления развития

Перед тем, как связывать свою профессиональную жизнь с медициной и поступать в профильный колледж или один из лучших медицинских университетов России, стоит подумать о возможных карьерных перспективах. Как будут развиваться профессии будущего, связанные с медициной? Найти ответ на этот вопрос можно, разобравшись в основных тенденциях сферы:

1. Продолжительность человеческой жизни постоянно растёт. Это значит, что в будущем будут нужны специалисты, которые помогут поддерживать физическое и психологическое здоровье пожилых людей на высоком уровне и улучшать качество их жизни.
2. Врачебная диагностика становится более точной — будет расти спрос на медиков, которые разбираются в современных технологиях и могут быстро поставить верный диагноз.
3. Увеличивается востребованность роботов в диагностике, хирургии и других медицинских направлениях. А значит, нужны те, кто сможет управлять работотехникой.
4. Современные технологии позволяют заглянуть в ДНК и не только предупредить хронические заболевания, но и улучшить генетический код человека. Эта тенденция открывает два направления для развития. Первое — изучать генетику и то, как она влияет на человеческий геном. Второе — исследовать неизбежные этические проблемы, которые возникают на фоне генетических экспериментов.
5. На смену традиционному лечению, которое сосредоточено на конкретных отделах организма, приходит комплексный системный подход. А значит, будут востребованы специалисты, которые разбираются не только в классической медицине, но и интегрируют знания из других областей — гомеопатии, психологии, альтернативных методов, IT-технологий.
6. Объединение с учёными-медиками разных стран. Все новые специальности в медицине рождаются в совместных международных проектах. Если вы хотите быть на передовой и активно участвовать в развитии медицинской науки, надо не только получать профессиональные навыки, но и изучать английский язык.

Благодаря достижениям современной медицины человечество забыло о таких страшных заболеваниях, как чума или чёрная оспа. Однако в 2019 году мы оказались перед лицом неизвестного ранее вируса COVID-19. А значит, в будущем эпидемиологам и вирусологам предстоит ещё много работы.

Применение компьютерных технологий

Система диагностики пародонтита «FLORIDA PROBE» (США)

Сегодня и диагностика, и лечение, и протезирование зубов немыслимы без использования в том или ином виде компьютерных технологий. Специальные компьютерные программы способны моделировать ротовую полость пациента, что позволяет врачу более эффективно поставить диагноз, подобрать вид терапии и протезирования, прописать рекомендации для больного. А пациент получает возможность визуально ознакомиться с состоянием своих зубов и лучше понять, в чём будут состоять их лечение и протезирование.

Внутриротовая видеокамера

Одним из самых последних достижений является так называемая нейромышечная стоматология, при которой изучается нейрофизиология ротовой полости и особенности движения челюсти пациента, активность жевательной мускулатуры. Совершенно очевидно, что получение и обработка такого рода данных невозможна без сложнейшей компьютерной техники. Также в передовых клиниках страны применяются программы, изучающие мимику пациента. Всё вместе это даёт возможность стоматологу пользоваться полной анимированной моделью ротовой полости, выведенной на компьютерный дисплей, где он может поворачивать трёхмерное изображение в любом направлении и рассматривать под разными углами.

Внутриротовая камера – ещё одна новинка, существенно облегчающая работу врача. Прибор представляет собой видеокамеру микроскопических размеров, которая помещается в рот пациента и передаёт увеличенную картинку на экран компьютера. В результате и врач, и пациент имеют возможность рассмотреть в мельчайших деталях состояние зубов и дёсен. Иногда при помощи такой камеры врач может видеть подробности, которые ему не может показать даже рентген.

Ограничения и недостатки [ править ]

Есть разные фотоаппараты и дешевле, и дороже. Качественные камеры часто имеют высокий ценовой диапазон (часто 3000 долларов США или более) из-за стоимости большего массива пикселей (современный уровень 1280 x 1024), в то время как менее дорогие модели (с массивами пикселей от 40×40 до 160×120 пикселей) являются также доступны. Меньшее количество пикселей снижает качество изображения, что затрудняет различение ближайших целей в одном и том же поле зрения.

Также есть разница в частоте обновления. Некоторые камеры могут иметь значение обновления только 5–15 Гц, другие (например, FLIR X8500sc ) 180 Гц или даже больше в режиме без полного окна.

Также объектив может быть встроенным или нет.

Многие модели не предоставляют измерений энергетической освещенности, используемых для построения выходного изображения; потеря этой информации без правильной калибровки коэффициента излучения, расстояния, температуры окружающей среды и относительной влажности влечет за собой то, что полученные изображения по своей сути являются неверными измерениями температуры.

Изображения могут быть трудно интерпретировать точно, если они основаны на определенных объектах, особенно объектах с неустойчивой температурой, хотя эта проблема уменьшается при активном тепловидении.

Термографические камеры создают тепловые изображения на основе получаемой лучистой тепловой энергии. Поскольку на уровни излучения влияют коэффициент излучения и отражение излучения, например солнечного света, от измеряемой поверхности, это вызывает ошибки в измерениях.

• Большинство камер имеют точность измерения температуры ± 2% или хуже и не так точны, как контактные методы.
• Методы и инструменты ограничиваются прямым измерением температуры поверхности.

Отличие от инфракрасной пленки [ править ]

ИК-пленка чувствительна к инфракрасному (ИК) излучению в диапазоне от 250 до 500 ° C (от 482 до 932 ° F), в то время как диапазон термографии составляет приблизительно от -50 до 2000 ° C (от -58 до 3632 ° F). Итак, чтобы ИК-пленка работала термографически, она должна иметь температуру выше 250 ° C (482 ° F) или отражать инфракрасное излучение от чего-то, по крайней мере, настолько горячего.

Инфракрасные устройства ночного видения отображают изображение в ближнем инфракрасном диапазоне, за пределами видимого спектра, и могут видеть испускаемое или отраженное в ближнем инфракрасном диапазоне в полной визуальной темноте. Однако, опять же, они обычно не используются для термографии из-за требований к высокой температуре, а вместо этого используются с активными источниками ближнего ИК-диапазона.

Устройства ночного видения типа «звездный свет» обычно увеличивают только окружающий свет .

Использование тепловидения в диагностике и лечении заболеваний опорно-двигательной системы в российской практике

В отечественной медицинской практике в ходе различных клинических исследований были установлены отклонения от температурных норм и термотопологии при различных заболеваниях позвоночника.

По мнению ряда авторов , тепловидение значительно расширяет возможности диагностики, его следует использовать как дополнительное исследование при болях в спине и суставах, что дополняет традиционные методы диагностики. При проведении исследований позвоночного столба с помощью тепловизора можно выявить функциональные нарушения на ранней стадии заболевания, когда еще отсутствуют структурные изменения. Например, В.И. Виноградов и соавт. [] указывают, что при обследовании пациентов с остеохондрозом позвоночника термографические признаки остеохондроза выявлялись при отсутствии таковых на рентгенограммах. Термографическая визуализация позволила исследователям выявить различные нейрососудистые нарушения еще до появления клинической картины. И.А. Жарова [] отмечает положительный эффект использования тепловидения у больных остеохондрозом и плоскостопием для оцен- ки функционального состояния опорно-двигательной системы до и после проведения курса физической реабилитации.

Тепловидение нашло свое применение в ряде крупных медицинских учреждений Российской Федерации. Например, метод функционального тепловидения широко используется в Нижегородском НИИ травматологии и ортопедии с 1977 г. На сегодняшний день разработаны оригинальные методики обследований и диагностические критерии оценки исследуемой патологии, многие из которых имеют мировую новизну и защищены патентами, в том числе и в области ортопедии. Например, при остеохондрозе различных отделов позвоночника проводится диагностика вертебрального и различных клинических вариантов экстравертебральных синдромов (мышечно-тонические, нейродистрофические, нейрососудистые, корешковые расстройства). Другое направление предусматривает проведение контроля эффективности различных методов лечения, что вызывает все больший интерес, так как высокая информативность тепловидения при отсутствии противопоказаний делает возможным многократное проведение обследования на протяжении всего периода лечения больного. Например, разработан способ прогнозирования эффективности лечения больных с корешковыми и рефлекторными синдромами поясничного остеохондроза радоновыми ваннами [].

Еще одним направлением выступает применение тепловизионных исследований в ходе оперативных вмешательств. Мировую научную новизну проблемы обеспечили исследования последних лет, касающиеся операций на позвоночнике по поводу грыж межпозвонковых дисков и опухолей спинного мозга. Ценность получаемой информации стала причиной того, что в настоящее время тепловидение регулярно используется в ходе подобных оперативных вмешательств для решения различных диагностических, тактических и прогностических задач. Например, на сегодняшний день разработаны:

– способ оценки нарушений нервной проводимости спинномозговых корешков, компримированных грыжей межпозвонкового диска;

– способ прогнозирования восстановления нарушенных функций после декомпрессии корешков конского хвоста;

– способ интраоперационной диагностики боковой локализации грыжи поясничного межпозвонкового диска .

И.С. Кожевникова [], проведя обзор литературы о применении тепловидения в современной медицине, отмечает, что недостаток в объективности данных анализа термограмм можно нивелировать, основываясь на применении унифицированных автоматических программ для обработки термоизображений.

На сегодняшний день автоматические методы анализа только разрабатываются, лишь частично внедряются в практику медицинских исследований, но в научной среде уже давно говорят о необходимости расширения практики применения автоматического анализа термограмм.