Клиническая Термография
Введение
Организм человека в процессе жизнедеятельности и взаимодействия с окружающей средой создает вокруг себя и на поверхности кожи и слизистых внешнее интегральное физико-химическое поле, состоящее из следующих компонентов:
- естественное корпускулярное излучение, преимущественно излучение за счет распада изотопа калия-40;
- излучение в видимом диапазоне длин волн /так называемое сверхслабое свечение, обусловленное хемилюминесценцией/;
- электрические, магнитные, электромагнитные поля, а также переменные электрические потенциалы /ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ и другие/ в диапазоне от 0.000001 Гц до 100000 Гц;
- электростатические поля и квазипостоянные электрические потенциалы кожных покровов в диапазоне от 0.000001 Гц до I Гц;
- акустические поля сердца, сердечнососудистой и брюшно-легочной систем, пищевого канала, суставов опорно-двигательного аппарата, сердечнососудистой системы плода;
- протуберанцы химических соединений, выделяемых с выдыхаемым воздухом /149 наименований/ и с поверхности кожи /271 наименование/;
- тепловое излучение в инфракрасном, миллиметровом и сверхвысокочастотном диапазонах.
Тело человека имеет определенную температуру благодаря терморегуляции, существенной частью которой является теплообмен организма с окружающей средой. Теплообмен происходит посредством теплопроводности, конвекции, испарения и излучения (поглощения).
Трудно, или даже невозможно, точно указать распределение отдаваемого количества теплоты между перечисленными процессами, так как оно зависит от многих факторов: состояния организма (температура, эмоциональное состояние, подвижность и т.д.), состояния окружающей среды (температура, влажность, движение воздуха и т.п.), одежды (материал, форма, цвет, толщина).
Так как теплопроводность воздуха мала, то этот вид теплоотдачи очень незначителен. Более существенна конвекция, она может быть не только обычной, естественной, но и вынужденной, при которой воздух обдувает нагретое тело. Большую роль для уменьшения конвекции играет одежда. В условиях умеренного климата 15—20% теплоотдачи человека осуществляется конвекцией.
Испарение происходит с поверхности кожи и легких, при этом имеет место около 30% теплопотерь.
Наибольшая доля теплопотерь (около 50%) приходится на излучение во внешнюю среду от открытых частей тела и одежды. Основная часть этого излучения относится к инфракрасному диапазону с длиной волны от 0,4 до 50 мкм. Максимум спектральной плотности энергетической светимости тела человека в соответствии с законом Вина попадает на длину волны приблизительно 9,5 мкм при температуре поверхности кожи 32°С.
Вследствие сильной температурной зависимости энергетической светимости (четвертая степень термодинамической температуры), даже небольшое повышение температуры поверхности может вызвать такое изменение излучаемой мощности, которое надежно зафиксируется приборами. Изучение температуры тела, регистрации термотопографии кожных покровов организма по инфракрасному излучению имеет важное теоретическое и клиническое значение для диагностики и адекватной терапии многих заболеваний человека и составляет предмет клинической термографии.
Истоки инфракрасной медицинской техники лежат на рубеже 18 и 19 веков. В 1790 году швейцарский физик М. Пикте осуществил опыты по «отражению лучей холода». На основании этих опытов его соотечественник П. Прево выдвинул теорию подвижного теплового равновесия – теорию обмена тепловыми лучами между телами. В 1800 г. английский астроном В. Гершель открыл инфракрасные лучи при изучении солнечного спектра.
У здоровых людей распределение температуры по различным точкам поверхности тела достаточно характерно. Однако воспалительные процессы, опухоли могут изменить местную температуру. Так, температура вен зависит от состояния кровообращения, а также от охлаждения или нагревания конечностей. Таким образом, регистрация излучения разных участков поверхности тела человека и определение их температуры являются диагностическим методом. Такой метод, называемый термографией, находит всеболее широкое применение в клинической практике.
1. Биофизические и медико–биологические основы термодиагностики
В клинической практике 65-80% первичных диагнозов ставится с помощью методов лучевой диагностики. Общепринято мнение, что компетентное распознавание весьма широкого круга заболевании, особенно в их ранних и доклинических стадиях, без лучевой диагностики нельзя считать достоверным.
Сложность многих методик диагностической радиологии, значительная нагрузка на организм обследуемого человека противоречит доминирующей тенденции современной медицины к уменьшению инвазивности и лучевых нагрузок при обследовании больных.
По сообщению журнала "Вестник рентгенологии и радиологии" /1988/ число смертных случаев от последствий диагностического облучения во время рентгеновской и гамма-диагностики составляло для СССР более 4000 в год и имело тенденцию к увеличению.
Классический пример - "торотрастный рак" почки. У больных, которым в 1931-1941 гг. вводили рентгеноконтрастный препарат торотраст для диагностических исследований мочи, в 1961-1977 годах был обнаружен рак почки.
Совершенствование рутинных способов лучевой диагностики не приводит к существенному снижению степени облучения обследуемого населения во время медицинских осмотров, диспансеризации.
В эвристике существует представление об идеальном объекте техники. Это своего рода маяк, позволяющий ориентироваться в самых сложных обстоятельствах и проблемах. С этих позиции идеальный способ диагностики должен удовлетворять следующим требованиям:
1. Самостоятельное применение: способ должен обеспечить получение достаточной и необходимой, однозначно интерпретируемой информации, семантика которой способствовала бы установлению достоверного диагноза на фоне полного отсутствия какой-либо другой значимой информации;
2. абсолютное отсутствие при самостоятельном применении немедленных или отсроченных на 70-80 лет побочных реакций и осложнений, а также канцерогенного и тератогенного действия; неинвазивность и безболезненность диагностических процедур: комфортность обследования;
3. Отсутствие героакселерации в результате самостоятельного применения способа;
4. Высокая специфичность и высокая чувствительность исследования;
5. Минимальное время обследования;
6. Абсолютная экологическая чистота;
7. Совместимость с другими способами диагностики.
Метод диагностической радиологии, который в значительной мере удовлетворяет этим условиям - дистанционная инфракрасная термография.
Инфракрасная термография основана на бесконтактной дистанционной регистрации термотопографии кожных покровов организма человека по его собственному излучению, обусловленному различными физиологическими и биохимическими процессами в тканях организма, в диапазоне длин волн от 0.76 мкм до 1 мм.
Основные преимущества дистанционной инфракрасной термографии заключаются следующем:
1. абсолютная безвредность; организм человека не подвергается ни облучению, ни повреждению; возможно многократное исследование одного и того же пациента в течение дня, недели, месяца;
2. абсолютное отсутствие противопоказаний к обследованию;
3. абсолютная чистота в процессе работы /или хранения/ термографической аппаратуры; используемый для охлаждения приемника инфракрасного излучения жидкий азот либо охлажденный воздух при высоком давлении (по принципу Джоуля-Томпсона), либо в системе охлаждения, работающей по принципу Вирлинга испаряется и возвращается в атмосферу;
4. довольно точная топическая диагностика очагов воспаления, новообразований, некрозов и других локальных проявлении различных заболеваний; минимальный регистрируемый градиент температуры между двумя точками па расстоянии 1 мм составляет 0.1С;
5. возможность одновременного последовательного обследования практически всех органов и систем организма человека.
Определение различия температуры поверхности тела при термографии, в основном, осуществляется двумя методами. В одном случае используются жидкокристаллические индикаторы, оптические свойства которых очень чувствительны к небольшим изменениям температуры. Помещая эти индикаторы на тело больного, можно визуально, по изменению их цвета, определить местное различие температуры. Другой метод — технический, он основан на использовании тепловизоров.
Так как все тела, температура которых выше абсолютного нуля, испускают радиоволны сплошного спектра частот (тепловое радиоизлучение) и интенсивность теплового излучения пропорциональна температуре тела, то это свойство, как было показано ранее, нашло широкое применение в медицинской диагностике.
Медицинская термография - метод регистрации естественного теплового излучения тела человека в невидимой инфракрасной области электромагнитного спектра. При термографии определяется характерная «тепловая» картина всех областей тела. У здорового человека она относительно постоянна, но при патологических состояниях меняется. Метод термографии объективен, прост и абсолютно безвреден. К нему нет противопоказаний.
В настоящее время разработаны способы термографии в инфракрасном (ИК), миллиметровом (мм) и дециметровом (дм) диапазонах длин волн.
Подготовка пациента предусматривает отмену лекарственных средств, влияющих на кровообращение и метаболические процессы. На поверхности тела не должно быть никаких мазей и косметики. Пациенту запрещают курение за 4 ч до исследования. Это особенно важно при изучении периферического кровотока.
При термографии живота пациент должен явиться в кабинет натощак. В кабинете поддерживают постоянную температуру в пределах 19 ± 1 °С (а для изучения кожной циркуляции 25 ± 1 °С) и влажность 55—65%. Исследуемую часть тела обнажают, после чего пациент адаптируется к температуре помещения 10—15 мин, а при исследовании кистей и стоп — 30 мин. Для ускорения прибегают к дополнительному охлаждению исследуемой области. Охлаждение производят либо с помощью вентилятора, либо смеси быстро испаряющихся веществ, что дает возможность получить более контрастное термографическое изображение.