В зависимости от задач исследования термографию выполняют в разных положениях пациента и в разных проекциях.
Термография позволяет точно и быстро оценить интенсивность ИК-излучения от поверхности тела человека. При правильной организации работы время осмотра варьирует от 2 до 5 мин. За этот срок можно обнаружить изменения теплопродукции и теплопереноса в различных областях тела и тем самым выявить различные нарушения кровотока и иннервации, симптомы развивающихся воспалительных, раковых и некоторых профессиональных болезней.
2. Физиологические основы термографии
Температуру тела человека принято считать постоянной. Однако это постоянство относительно. Температура внутренних органов выше, чем поверхности тела, температура кожи изменчива. Меняется температура при изменениях окружающей среды в зависимости от физиологического состояния организма.
Вследствие чрезвычайно развитой сосудистой сети в коже и подкожной клетчатке состояние поверхностного кровотока является важным индикатором функционирования внутренних органов. При развитии патологических процессов во внутренних органах происходит рефлекторное изменение поверхностного кровотока, которое сопровождается изменением теплоотдачи. Таким образом, главным фактором, определяющим температуру кожи, является интенсивность кровообращения.
Вторым механизмом теплообразования являются метаболические процессы. Степень выраженности обмена веществ в ткани обусловлена интенсивностью происходящих в ней биохимических реакций. С их усилением увеличивается продукция тепла.
Третий фактор, обусловливающий тепловой баланс поверхностных тканей, - их теплопроводность. Она зависит от их толщины, структуры, расположения. В частности, теплоотдача тела человека определяется состоянием кожи и подкожной жировой клетчатки: их толщиной, развитостью основных структурных элементов, гидрофильностью.
В норме каждая область поверхности тела имеет характерный «тепловой рельеф». Над крупными кровеносными сосудами температура выше, чем в окружающих областях. Более высокая температура отмечается в зонах интенсивной васкуляризации, как, например, в области лба и глазниц, в околоротовой области, в верхней части молочных желез. Температура выше в складках кожи и впадинах, где перекрещиваются тепловые потоки.
Средние значения температуры кожи — 31—33°С. Но она различна в разных частях тела — от 24°С на большом пальце до 35°С в стернальной ямке. При этом кожная температура, как правило, одинакова на симметричных участках тела. Разница здесь не должна превышать 0,5—0,6°С. Физиологическая асимметрия на конечностях колеблется от 0,3 до 0,8°С, а на передней брюшной стенке не превышает 1°С. Перепад температур на протяжении 1 см более чем на 1°С с четкой границей (за исключением ушных раковин и лица), большей частью, свидетельствует о патологическом состоянии. У женщин наблюдаются периодические изменения температурного рельефа некоторых частей тела (молочных желез, области живота) в связи с менструальным циклом. Поэтому термографию указанных областей у них рекомендуется выполнять на 6—8-й день менструального цикла. Существенные изменения температурного рельефа возникают при многих патологических состояниях. При этом появляются зоны гипертермии или, наоборот, гипотермии, нарушается нормальный рисунок сосудов, регистрируется термоассиметрия на теле или конечностях, меняется осевой кожно-температурный градиент.
Определенные резервы повышения эффективности термографического исследования связаны с так называемой активной термографией.
Активная термография объединяет способы изучения термотопографии кожных покровов после физико-химических воздействий, на которые нормальные и опухолевые ткани реагируют неодинаково. Наиболее простой способ — холодовые пробы. Охлаждение исследуемой зоны аэрозолем этилового спирта в течение 10 мин или использование марлевых тампонов, смоченных спиртоэфирной смесью, дает возможность получить контрастные термограммы с четким отображением участков гипертермии.
Методика стрессорной термографии заключается в исследовании до и после охлаждения рук и предплечий в холодной воде ( + 8 - + 14°С) в течение 0,5—2 мин. Гипергликемическая проба основана на внутривенном введении в организм глюкозы. Злокачественные опухоли отвечают на эту пробу повышением температуры в зоне поражения на 0,7—3°С. Температура опухолей повышается также в условиях гипербарической оксигенации в кислородной лечебной барокамере.
3. Контактная жидкокристаллическая термография
Данная методика основана на свойстве жидких кристаллов изменять цвет в зависимости от изменения температуры. Жидкие кристаллы - это вещества, которые в определенном интервале температур образуют жидкую фазу, имеющую одновременно свойства жидкости и кристаллического тела. Как жидкости они обладают текучестью, как кристаллы — анизотропией оптических, электрических и других качеств (анизотропия — зависимость свойств среды от направления).
В настоящее время выпускаются промышленностью контактные жидкокристаллические термоиндикаторные пленки. Разработаны также специальные устройства, в которых имеется экран, покрытый жидкокристаллическим составом. В процессе термографии экран приближается к исследуемой части тела.
По цветному окрашиванию изображения с помощью калориметрической линейки судят о температуре поверхностных тканей.
4. Дистанционная инфракрасная термография
Любое нагретое тело излучает электромагнитные волны за счет преобразования энергии теплового движения частиц тела в энергию излучения. Поверхность тела человека, его органы и ткани, имеющие температуру жизнедеятельности 25-35С, выпускают тепловое излучение в инфракрасном диапазоне. Максимум излучения /если считать температуру кожи 30С/ лежит при длине волны 9.6 мкм.
Точнее можно охарактеризовать распределение энергии, испускаемой телом человека в инфракрасном диапазоне, следующими цифрами: на область длин волн 0.8 -5 мкм приходится всего 1% излучения, 5-9 мкм - 20, 9-16 мкм - 38 и от 16 мкм и выше 41%. По другим данным спектральное распределение энергии таково: диапазон 3-6 мкм 4%, 6-12 мкм - 37, 12-24 мкм - 41, 24-50 мкм - 14%.
В длинноволновой области спектра /5-25 мкм/ кожа человека излучает практически как абсолютно черное тело, имеющее температуру 27 С, независимо от расовой принадлежности, степени пигментации и других индивидуальных анатомо-физиологических особенностей. Абсолютно черным телом называется тело, поглощающее полностью все падающие на него электромагнитные волны при любой собственной температуре. Реальные тела не являются абсолютно черными, однако некоторые из них по оптическим свойствам близки к таковым, например, черный бархат в области видимого света.
В среднем 1 кв.см кожного покрова человека или живой ткани организма излучает около 40 Вт энергии. Инфракрасное излучение различных участков поверхности тела определяется тремя факторами: особенностями васкуляризации поверхностных тканей, уровнем метаболических процессов в них и различиями в теплопроводности.
Последние обусловлены, в основном, разным развитием жировой клетчатки. При соблюдении стандартных методических условий регистрируемая топография излучения характерна для данного человека и воспроизводится от наблюдения к наблюдению. Топография излучения для всех здоровых людей имеет много общего.
Нарушения инфракрасного излучения могут наблюдаться в следующих случаях:
1. необычные структурные соотношения сосудистой сети врожденные аномалии, сосудистые опухоли;
2. изменения тонуса сосудов - нарушения вегетативной иннервации, рефлекторные изменения тонуса;
3. местные расстройства кровообращения - травмы, тромбоз, склероз сосудов;
4. нарушения венозного кровотока – застой, обратный ток крови при недостаточности клапанов вен;
5. локальные изменения теплопродукции - воспалительные очаги, опухоли, некоторые другие заболевания;
6. изменения теплопроводности тканей - отек, уплотнения тканей, изменения содержания жира.
Инфракрасная термография - самый распространенный метод термографии. Он обеспечивает изображение теплового рельефа поверхности тела и измерение температуры в любом участке поверхности тела. Инфракрасную термографию осуществляют с помощью специальных приборов — термографов (тепловизоров).
Основными техническими характеристиками ИК-сканера являются порог температурной чувствительности, поле обзора, диапазон рабочих расстояний, параметры сканирования (число строк, число элементов в строке, частота кадров) и т.д. Сканеры выпускают с одно- и мпогоэлементными приемниками излучения (фотодиод, фоторезистор); охлаждение приемников осуществляется по циклу Стирлинга, термоэлектрически на основе эффекта Пельтье или жидким азотом. Спектральная чувствительность приемников излучения обычно лежит в одном из диапазонов 2-5 мкм или 8-14 мкм. Существующие комплексы обеспечивают точность порядка 0.2 град.С при 30 град.С.
Принцип действия термографа основан на том, что ИК-излучение от тела пациента попадает на зеркальную сканирующую систему. Эта система «просматривает» исследуемую область «построчно» и по кадрам. Тепловой луч, отразившись от зеркала, проходит через систему линз и далее подает на приемник излучения. Обычно это небольшая площадка размером менее одного миллиметра из сурьмянистого индия, выполняющего роль фотосопротивления. Для поддержания постоянной температуры приемник излучения помещают в сосуд, содержащий жидкий азот. Система сканирующего зеркала и линз позволяет направлять на приемник тепловое излучение из узкого телесного угла, т. е. с очень небольшого участка поверхности тела. Электрический сигнал из приемника передается на усилитель и затем в блок индикации. В итоге тепловое поле человека отображается в виде черно-белого или цветного изображения на экране прибора. Визуальное изучение этого изображения называют термоскопией. Это же изображение можно зафиксировать на фотохимической бумаге и получить термограмму. Новым направлением в термографии является использование в качестве приемника ИК-излучения пироэлектрических видиконов. Они работают в режиме электронного сканирования и не требуют системы охлаждения.