Способ проведения бесконтактной инфракрасной термографии кожи
METHOD FOR CARRYING OUT CONTACTLESS INFRARED SKIN THERMOGRAPHY

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, и предназначено для проведения бесконтактной инфракрасной термографии кожи.
Терморегуляция в организме человека обеспечивается балансом между процессами теплопродукции и тепловыведения, теплопродукция, в основном, экзотермическими химическими процессами, происходящими во внутренних органах, таких как печень, мозг и сердце, а также сокращением скелетной мускулатуры (GuytonAC, HallJE.TextbookofMedicalPhysiology. 11thed. Philadelphia: ElsevierSaunders; 2006: 890).Тем не менее, ткани человека, непосредственно соприкасающиеся с внешней средой, практически не участвуют в теплопродукции, их температура ниже внутренней температуры тела и может изменяться в больших пределах. Основным «переносчиком» тепла в организме является кровь, которая передает излишки тепла от внутренних органов покровным тканям, функционирующим как своеобразный радиатор (VanMarkenLichtenbeltWD, DaanenHA.Cold-inducedraetabolism.CurrOpinClinNutrMetabCare. 2003; 6(4):469-75).
Тепловыведение осуществляется четырьмя путями: конвекцией, кондукцией, излученим и испарением. Конвекция обеспечивается контактом с окружающей воздушной средой и усиливается при движении воздуха. Кондукция - процесс непосредственной передачи тепла контактирующему с телом человека предмету, например, холодной воде. Испарение обеспечивает отвод тепла из организма при потоотделении. Наконец, излучение, или радиация - процесс отдачи тепла с поверхности тела путем инфракрасного излучения. Необходимо отметить, что влияние данных физических процессов на тепловыведение имеет ситуативный характер, например, в случае, если температура окружающей среды превышает температуру поверхности тела, организм получает, а не отводит тепло, путем излучения и кондукции (или конвекции), а единственным путем тештовыведения остается испарение секрета потовых желез (WilmoreJH, CostillDL.Physiology of sport and exercise. 2nd ed. Champaign, Illinois: Human Kinetics; 1999). В условиях комнатной температуры (21-23°С) и относительной влажности (в пределах 40-60%) около 60% тепла выводится из организма путем радиации, около 20% - путем испарения и 15-20% - путем конвекции, кондукция в данном случае ситуативна и зависит от соприкосновения тела с предметами окружающей среды (KatschinskiDM.Onheatandcellsandproteins.NewsPhysiolSci. 2004; 19:11-5).
Так как система терморегуляции является частью гомеостаза человека, ее нарушение ведет к изменению температуры тела (KenneyWL, MunceTA.Agingandhumantemperatureregulation.JApplPhysiol. 2003; 95:2598). Как гипер-, так и гипотермия являются признаками ряда патологических процессов. Наиболее частой причиной гипертермии является воспаление, при этом гипертермия может быть локальной, т.е. возникающей непосредственно в очаге воспаления, и генерализованной. При воспалении гипертермия возникает в результате воздействия ряда веществ, называемых пирогенами. К экзогенным пирогенам относятся токсины и продукты жизнедеятельности микроорганизмов, к эндогенным - цитокины, продукты распада тканей и иммунные комплексы (BlatteisCM, LiS, LiZ, PerlikV, FelederC.Signalingthebraininsystemicinflammation: theroleofcomplement.Front Biosci. 2004; 9:915) (Conti B, Tabarean I, Andrei C, Bartfai T. Cytokines and fever. FrontBiosci. 2004; 9:1433). Одним из частных случаев локальной гипертермии является фаза воспаления при раневом процессе.
Термография в современном виде была впервые применена в медицине в конце 1950-х годов. Первое практическое применение диагностическойтермографии осуществил R. Lawson в 1957 году (LawsonR.Thermography; anewtoolintheinvestigationofbreastlesions.CanServMedJ. 1957; 8(8):517-24.), обнаруживший, что температура кожи в области опухоли молочной железы выше, чем температура нормальной ткани.
Термография широко применяется в медицине, в том числе при раке (кожи, молочной железы и др.), сосудистых заболеваниях (сахарный диабет, тромбозы), кожных болезнях, ревматических заболеваниях, артритах, синдроме Рейно (Ring EFJ.Thermography in Raynaud’s Phenomenon. ThermologieOsterreich. 1991; 1:32, Ammer K. Diagnosis of Raynaud’s phenomenon by thermography. Skin Research and Technology. 1996; 2: 182-185)ожогах, хирургии, мониторингеэффективноститерапевтическоголеченияит.д. (Jones BF.A reappraisal of the use of infrared thermal image analysis in medicine. IEEETransactionsonmedicalimaging. 1998; 17(6): 1019-1027)
Одним из основных свойств термографии является способность визуализировать термоваскулярную характеристику кожи. Таким образом, ее можно использовать для определения самых ранних признаков болезни на 8-10 лет раньше любого другого метода диагностики. ИК-визуализация способна обнаруживать болезни, для которых в настоящее время не имеется достоверного метода диагностики. Например, функциональная ИК-визуализация может предоставить важную информацию для оценки поражения и развития таких болезней, как синдром Рейно (8thEuropeanCongressofMedicalThermology,Austria.Standardizationonmedicalinf raredimaging.JournalofThermologyInternational.2000; 10).
Инфракрасная термография кожи используется с различными диагностическими целями (RU 2604957, 20.12.16, 2593344, 10.08.16, 25775101, 20.03.16, 2581718, 20.04.16).
Для проведения бесконтактной термографии кожи используют различные условия, в частности, выполняют ее в стандартных условиях при комнатной температуре 22-23°С, в кабинете, защищенном шторами от солнечных лучей, при отсутствии в помещении источников тепла и воздушных потоков; минимум за сутки до исследования отменяют все физиотерапевтические процедуры, вазоактивные препараты и лечебные блокады, (патент RU 2405419, 10.12.2010).
Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ проведения компьютерной инфракрасной термографии кожи, представленный в патенте RU 2436498, 20.12.11, при котором термографию выполняют в затемненном плотными шторами помещении площадью 22 м, при оптимальной температуре воздуха 20-22°С, с исключением источников прямого тепла, потоков воздуха, присутствия посторонних лиц, оказывающих влияние на температуру кожи пациента, при относительной влажности воздуха в помещении 40-70%, перед обследованием исключают курение.
Однако в данном способе не учитываются возможные физические факторы, влияющие на показатели термографии. Любая фоновая поверхность отражает тепло, распространяющееся с исследуемой поверхности и обратно, таким образом, исследование проводилось без учета переотражения ИК-излучения с поверхности тела человека. Кроме того, не учитывалась влажность в помещения и ее постоянство, которые снижают точность показателей термографии.
Задачей изобретения является разработка более точного способа ИК-термографии кожи.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности термографии с увеличением ее диагностической значимости и стандартизация исследования.
Технический результат достигается за счет использования изотермической камеры, размещенной внутри помещения для исследования выстланной изнутри термопоглощающим покрытием и проведения термографии после достижения температурного баланса между камерой и поверхностью кожи при наличии ламинарного потока воздуха.
В основе изобретения лежит идея максимального исключения влияющих на термографию факторов внешней среды.
Ламинарный поток воздуха представляет собой однонаправленный поток. Для его создания применяются ламинарные устройства для раздачи объемов воздуха с наличием специальных напольных вытяжек, специально спроектированных потолков и регулирование давления в помещении. В этих условиях работа распределений ламинарного потока обеспечивает однонаправленный поток с параллельными линиями тока. Высокая кратность воздухообмена способствует поддержанию в приточном потоке воздуха условий, близких к изотермическим. Изотермический процесс - термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре. Влажность является показателем воздухообмена. Поэтому ее показатель тоже должен быть постоянным. В предлагаемом способе использована российская приточная система «Breezart», обеспечивающая ламинарный ток воздуха и постоянные значения влажности (http://www.breezart.ru/catalog/550-lux-v-46047/).
Камера изнутри выстлана термопоглощающим материалом. В такой камере ИК-излучение, до того как выйти наружу, будет многократно отражено, а затем и поглощено стенками камеры. Нагреваясь, стенки камеры испускают излучение, которое будет также многократно отражено и поглощено.Перечисленные условия максимально приближают условия исследования к модели абсолютно черного тела и, следовательно, к максимально возможному термодинамическому равновесию.
Как в известных способах, помещение, в котором находится камера и проводится исследование, оборудовано системой, поддерживающей стандартные физические условия: температуру, влажность, минимальное движение воздуха. В исследовании был использован тепловизор Testo 875 (Testo SE &Co.KGaA, Германия). Инфракрасную камеру следует устанавливать на штативе в непосредственной близости от входа в изотермическую камеру для регистрации сигнала с наименьшими искажениями. Полученные термограммы обрабатываются прилагаемой к термографу программой IRSoft версия 3.1 sp3, предназначенной для анализа изображений. Как показали исследования, для получения более точных результатов расстояние от исследуемой области до инфракрасной камеры преимущественно, должно составлять не более 50 см.
Полученные термограммы пациентов используют для диагностики различных патологических процессов и состояний, для объективной оценки динамики изменений на фоне лечения, оценки эффективности проводимого лечения.
Для оценки эффективности предложенного способа было проведено сравнительное исследование на двух группах здоровых добровольцев. В первой группе («А») исследование проводили по предложенному способу, во второй («В») - без использования изотермической камеры. Результаты термографии в группах представлены на диаграмме (Фиг. 1).
В группе «А» разброс результатов термографии оказался значительно меньше, чем в группе «В», что позволяет говорить о большей точности предложенного нами способа. Диапазон результатов способа «А» составлял от 31°С до 33,5°С, способа «В» - от 30,2°С до 33,8°С.
Результаты термографии с использованием изотермической камеры и ламинарного потока воздуха показали меньшую вариабельность значений температуры по сравнению с исследованием без изотермической камеры в нестандартизированных физических условиях при испытании на одной группе здоровых добровольцев. Получение разнородных результатов в различных условиях у одних и тех же людей свидетельствует о значительной степени влияния условий внешней среды на результаты термографического исследования и обусловливает необходимость стандартизации этих условий для увеличения точности исследования.
Способ осуществляют следующим образом.
Всем пациентам исключается прием вазоактивных препаратов за сутки до исследования, а также употребление кофе, чая и курение в день исследования. Исследование проводится после пятнадцатиминутной адаптации в помещении, оборудованном ламинарной системой, где поддерживаются стандартные физические условия (влажность, температура). В изотермическую камеру, находящуюся в помещении для исследования и выстланную изнутри термопоглощающим покрытием, помещают исследуемого. Термограф устанавливают на штативе в фиксированном положении и на входе в изотермическую камеру. После достижения температурного равновесия между камерой и кожей исследуемой области, о чем свидетельствуют показатели температуры на дисплее камеры, которые перестают постоянно изменяться, проводят термографию.
Пример 1.
Проведено исследование по бесконтактной инфракрасной термографии кожи 4 здоровым добровольцам (2 мужчинам и 2 женщинам в возрасте 26 лет). Пациенты были соматически здоровы. Исследованы одинаковые участки кожи. Всем пациентам проведено 2 исследования с использованием изотермической камеры с термопоглощающим покрытием и без использования такой камеры.
Результаты представлены в таблице (Фиг. 2).
При исследовании в условиях изотермической камеры с поддержанием стандартных физических условий в помещении было получено относительное единообразие результатов термографии. При исследовании без изотермической камеры была получена значительная разница в результатах термографии среди здоровых добровольцев. Полученные результаты указывают на значительное влияние условий внешней среды на достоверность термографического исследования.
Таким образом, предложенный способ позволяет повысить точность термографического исследования кожи путем стандартизации условий проведения и тем самым, при дальнейших диагностических исследованиях повысить информативность получаемых результатов.