Тепловидение, как область применения законов теплового излучения

Кафедра медицинской физики и информатики

КГМУ им. С.И. Георгиевского

Тепловидение в медицине

Реферат

Студентки 1 курса

Медицинского факультета

Группы № 104

Насыровой Эмине

Симферополь-2010
План.

Введение
Основная часть

Исторические сведения о о тепловизионной диагностике;
Биофизические аспекты тепловидения.;
Сущность медицинского тепловидения;
Области применения тепловидения в медицинской диагностике;
Методики тепловизионного исследования;
Виды термографии;
Способы интерпретации термографического изображения;
Устройство медицинских тепловизоров;
Пути и перспективы совершенствования тепловизионной диагностики в медицине;

3.Заключение.
Введение.

Тепловидение, как область применения законов теплового излучения

Тепловидение можно назвать универсальным способом получения различной информации об окружающем нас мире. Как известно, тепловое излучение имеет любое тело, температура которого отлична от абсолютного нуля. Кроме того, подавляющее большинство процессов преобразования энергии (а к ним относятся все известные процессы) протекает с выделением или поглощением тепла. Так как средняя температура на Земле не высока, большинство процессов проходят с малым удельным выделением тепла и при небольших температурах. Соответственно и максимум энергии излучения таких процессов попадает в инфракрасный микроволновый диапазон.

Тепловидение – это научно-техническое направление, изучающее физические основы, методы и приборы (тепловизоры), обеспечивающие возможность наблюдения слабонагретых объектов.

Применение в медицине

В современной медицине тепловизионное обследование представляет мощный диагностический метод, позволяющий выявлять такие патологии, которые плохо поддаются контролю другими способами. Тепловизионное обследование служит для диагностики на ранних стадиях (до рентгенологических проявлений, а в некоторых случаях задолго до появления жалоб больного) следующих заболеваний: воспаление и опухоли молочных желез, органов гинекологической сферы, кожи, лимфоузлов, ЛОР-заболевания, поражения нервов и сосудов конечностей, варикозное расширение вен; воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта, печени, почек; остеохондроз и опухоли позвоночника.

^ Основная часть.

1. Исторические сведения о о тепловизионной диагностике
Впервые тепловизионная диагностика в клинической практике была применена Канадским хирургом доктором Лоусоном в 1956 году. Он применил прибор ночного видения использовавшегося в военных целях, для ранней диагностики раковой опухоли молочных желез у женщин. Применение тепловизионного метода показало обнадеживающие результаты. Достоверность определения рака молочной железы составила, особенно на ранней стадии, около 60-70 % .Выявление групп риска при больших массовых обследованиях оправдывало экономичность тепловидения. В дальнейшем тепловидение стало шире применяться в медицине. С развитием тепловизионной техники стало возможным применять тепловизоры в нейрохирургии,терапии ,сосудистой хирургии ,рефлексодиагностике и рефлексотерапии. Интерес к медицинскому тепловидению растет во всех развитых странах, таких как Германия, Норвегия, Швеция, Дания, Франция, Италия, США, Канада, Япония, Китай, Южная Корея, Испания, Россия. Лидерами по производству тепловизионной техники являются США, Япония, Швеция и Россия.
^ 2.Биофизические аспекты тепловидения.
В человеческом организме вследствие экзотермических биохимических
процессов в клетках и тканях, а также за счет высвобождения энергии,
связанной с синтезом ДНК и РНК, вырабатывается большое количество тепла-50-100 ккал/грамм. Это тепло распределяется внутри организма с помощью циркулирующей крови и лимфы. Кровообращение выравнивает температурные градиенты. Кровь благодаря высокой теплопроводности, не изменяющейся от характера движения, способна осуществлять интенсивный теплообмен между центральными и периферическими областями организма. Наиболее теплой является смешанная венозная кровь. Она мало охлаждается в легких и, распространяясь по большому кругу кровообращения, поддерживает оптимальную температуру тканей, органов и систем. Температура крови, проходящей по кожным сосудам, снижается на 2-3°. При патологии система кровообращения нарушается. Изменения возникают уже потому, что повышенный метаболизм, например, в очаге воспаления увеличивает перфузию крови и, следовательно, теплопроводность, что отражается на термограмме появлением очага гипертермии. Температура кожи имеет свою вполне определенную топографию.
Правда, у новорожденных, как показала И.А.Архангельская, термотопография кожи отсутствует. Самую низкую температуру (23-30°) имеют дистальные отделы конечностей, кончик носа, ушные раковины. Самая высокая температура подмышечной области, в промежности, области шеи, эпигастрия, губ, щек. Остальные участки имеют температуру 31-33,5°С. Суточные колебания температуры кожи в среднем составляют 0,3-0,1°С и зависят от физической и психической нагрузок, а также других факторов.
При прочих равных условиях минимальные изменения температуры кожи
наблюдаются в области шеи и лба, максимальные—в дистальных отделах
конечностей, что объясняется влиянием высших отделов нервной системы. У женщин часто кожная температура ниже, чем у мужчин. С возрастом эта температура снижается и уменьшается ее изменчивость под воздействием температуры окружающей среды. При всяком изменении постоянства соотношения температуры внутренних областей тела включаются терморегуляторные процессы, которые устанавливают новый уровень равновесия температуры тела с окружающей средой.
У здорового человека распределение температур симметрично
относительно средней линии тела. Нарушение этой симметрии и служит
основным критерием тепловизионной диагностики заболеваний. Количественным выражением термоасимметрии служит величина перепада температуры.
Перечислим основные причины возникновения температурной асимметрии:
1)Врожденная сосудистая патология, включая сосудистые опухоли.
2)Вегетативные расстройства, приводящие к нарушению регуляции сосудистоготонуса.
3)Нарушения кровообращения в связи с травмой, тромбозом, эмболией,
склерозом сосудов.
4)Венозный застой, ретроградный ток крови при недостаточности клапанов вен.
5)Воспалительные процессы, опухоли, вызывающие местное усиление обменных процессов.
6)Изменения теплопроводности тканей в связи с отеком, увеличением или
уменьшением слоя подкожной жировой клетчатки.

Существует так называемая физиологическая термоасимметрия,
которая отличается от патологической меньшей величиной перепада
температуры для каждой отдельной части тела. Для груди, живота и спины
величина перепада температуры не превышает 1,0°С.
Терморегуляторные реакции в человеческом организме управляются
гипоталамусом.
Кроме центральных, существуют и местные механизмы терморегуляции.
Кожа благодаря густой сети капилляров, находящихся под контролем
вегетативной нервной системы и способных значительно расширить или
полностью закрыть просвет сосудов, менять свой калибр в широких пределах,-прекрасный теплообменный орган и регулятор температуры тела.
Термография—метод функциональной диагностики,
основанный на регистрации инфракрасного излучения человеческого тела,
пропорционального его температуре. Распределение и интенсивность теплового излучения в норме определяются особенностью физиологических процессов, происходящих в организме, в частности как в поверхностных, так и в глубоких и органах. Различные патологические состояния характеризуются термоасимметрией и наличием температурного градиента между зоной повышенного или пониженного излучения и симметричным участком тела, что отражается на термографической картине. Этот факт имеет немаловажное диагностическое и прогностическое значение, о чем свидетельствуют многочисленные клинические исследования.
^ 3.Сущность медицинского тепловидения.
Медицинское тепловидение (термография) – единственный диагностический метод, позволяющий дать оценку тепловым процессам в организме человека. От эффективности этой оценки зависит достоверность диагностики многих заболеваний.

Пространственная информация о распределении температуры по поверхности тела человека при различных видах патологии представляет самостоятельный интерес, так как прямо или косвенно связана с нарушением теплопродукции, теплообмена и терморегуляции. Температурные изменения отражают нарушения кровообращения и метаболизма и поэтому тепловидение как высокоинформативный метод играет самостоятельную роль среди других инструментальных методов диагностики этих нарушений.

Тепловое состояние тканей, их температура характеризуется интенсивностью инфракрасного излучения. Человек как биологический объект, имеющий температуру от 31°С до 42°С, является источником преимущественно инфракрасного излучения. Максимальная спектральная плотность этого излучения находится в области около 10 мкм.

Тепловизоры, работающие в диапазоне 8-12 мкм, способны очень точно регистрировать инфракрасное излучение с поверхности тела человека. Кроме того, в них реализована функция измерения абсолютных значений температуры в каждой точке патологического очага. Эти обстоятельства имеют важное прогностическое значение и дают возможность проведения исследований на новом высокотехнологичном уровне с расширением сфер применения. К наиболее перспективным областям можно отнести углубленные и детальные исследования различных патологий, тепловизионную диагностику в ходе различных оперативных вмешательств.

Таким образом, с помощью тепловизоров возможно с необходимой степенью достоверности регистрировать тепловые поля и оценивать полученную информацию, давая ей качественную и количественную характеристики. Так, при регистрации инфракрасного излучения визуализируются расположение, размер, форма и характер границ, структура патологического очага. Это качественный анализ тепловизионной информации. При измерении абсолютных температур оценивается степень выраженности патологического процесса, его активность, дифференцируется характер нарушений (функциональные, органические). Это количественный анализ тепловизионной информации.

Диагностические возможности медицинского тепловидения основаны на оценке особенностей распределения на поверхности тела зон инфракрасного излучения. Этот метод предоставляет информацию об анатомо-топографических и функциональных изменениях в зоне патологии. Медицинское тепловидение позволяет тонко улавливать даже начальные стадии воспалительных, сосудистых и опухолевых процессов. В зависимости от повышения или понижения местной температуры на фоне стандартных (физиологически нормальных) очертаний органа усиливается или ослабевает инфракрасное излучение тканей в области патологии.
^ 4.Области применения тепловидения в медицине.

Термография позволяет выявить и прояснить на ранней, доклинической стадии патологические и функциональные нарушения внутренних органов. Области применения в медицинской диагностике:

Внутренние болезни - диабетическая ангиопатия, атеросклероз, эндартериит сосудов конечностей, болезнь Рейно, гепатиты, нарушения вегетативной регуляции, миокардит, бронхит и др. Урология – воспалительные заболевания почек, мочевого пузыря, и др. Травматология - ортопедия-Остеохондроз, сколиоз позвоночника, нейропатия периферических нервов, воспалительные заболевания крупных суставов различной этиологии, остеомиелит и др.
Онкология - различные виды опухолей, пластическая хирургия, прижевление пересаженной кожи. Акушерство и гинекология - доброкачественные и злокачественные опухоли, кисты молочной железы, мастит, ранняя диагностика беременности и др. Оториноларингология - параличи и парезы лицевых нервов, аллергический ринит, воспаления придаточных пазух носа и др.
Фармакология - получение объективных данных о воздействии противовоспалительных и сосудорасширяющих лекарств и др.

Измерение температуры является самым первым симптомом, указывающим нам на болезнь. Температурные реакции, в силу своей универсальности, возникают при всех типах заболеваний: бактериальных, вирусных, аллергических, нервно-психических.

^ 5.Методики тепловизионного исследования.
Тепловизионный метод обладает высокой информативостью и неспецифичностью получаемой информации, так как при различной патологии формируются сходные сосудистые и метаболические реакции. Однако, адекватный выбор методики тепловизионного исследования в каждом конкретном случае позволяет получить специфическую информацию о состоянии органов и систем организма.

Данные методики позволяют повысить информативность тепловидения в оценке различной патологии, в том числе на этапе субклинических проявлений. При их применении возможно объективизировать клинические синдромы заболевания, определить нозологию патологии, контролировать эффективность различных видов лечения, прогнозировать период реабилитации.

Методики тепловизионного исследования:

Локально-проекционная методика, по которой регистрируются особенности инфракрасного излучения кожных покровов в проеции пораженного органа или сегмента. Измененная интенсивность излучения свидетельствует об очаге патологии, в котором произошли изменения кровоснабжения, уровня метаболизма и образовались стойко существующие кожные зоны с измененной чувствительностью, трофикой, сосудистыми и секреторными реакциями. Достоверность регистрации основана на нарушении механизма терморегуляции в результате патологического процесса.

Дистантно-проекционная методика, по которой регистрируются особенности инфракрасного излучения вне проекции пораженного органа или патологического очага. Достоверность регистрации основана на том, что основную роль в формировании тепловой информации об очаге патологии играет нервно-рефлекторный механизм. Изменения интенсивности инфракрасного излучения визуализируются в рефлекторных зонах Захарьина-Геда, в автономных зонах иннервации, в биологически активных точках организма.

Динамическая методика, по которой регистрируются изменения инфракрасного излучения за определенный период времени. При этом визуализируются патологические нарушения кровотока и обменных процессов в динамике. Достоверность основана на том, что выявляемая динамика изменения интенсивности инфракрасного излучения отражает реакции организма на эволюцию патологии и свидетельствует об активности патологического процесса.

Динамическая методика с использованием провоцирующих тестов: физиологических, физических и фармакологических. По этой методике регистрируются быстрые изменения инфракрасного излучения в ответ на провоцирующую пробу, которая усиливает нагрузку на механизмы термогрегуляции и интенсифицирует манифестацию конкретных синдромов.

Медицинское тепловидение – это дистанционный, неинвазивный, абсолютно безвредный метод исследования, не имеющий противопоказаний и пригодный для многократного применения. Он успешно применяется для диагностики сердечно-сосудистых, неврологических , нейрохирургических, травматологических, ортопедических, ангиологических, комбустиологических, онкологических и др.патологий.

Установления диагноза – это не единственная цель для медицинского тепловидения. Этот уникальный функциональный метод помогает подобрать адекватную терапию и всегда дает объективную оценку эффективности лечения.

Медицинское тепловидение также является неинвазивным методом интраоперационной диагностики . медицинское тепловидение – незаменимый метод динамического наблюдения и функциональной диагностики в процессе хирургической операции, делающий ее более безопасной, предсказуемой и продуктивной. В послеоперационном периоде тепловидение позволяет контролировать восстановление кровоснабжения, нервной проводимости органов и окружающих тканей и предотвращать воспалительные и деструктивные осложнения.
^ 6.Виды термографии.
Выделяют два основных вида термографии:

1.Контактная холестерическая термография.

2.Телетермография.

Телетермография основана на преобразовании инфракрасного излучения тела человека в электрический сигнал, который визуализируется на экране тепловизора.

Контактная холестерическая термография опирается на оптические свойства холестерических жидких кристаллов, которые проявляются изменением окраски в радужные цвета при нанесении их на термоизлучающие поверхности. Наиболее холодным участкам соответствует красный цвет, наиболее горячим—синий.

Нанесенные на кожу композиции жидких кристаллов, обладая

термочувствительностью в пределах 0.001 С, реагируют на тепловой поток путем перестройки молекулярной структуры.

^ 7.Способы интерпретации термографического изображения.
После рассмотрения различных методов тепловидения встает вопрос о

способах интерпретации термографического изображения. Существуют визуальный и количественный способы оценки тепловизионной картины.

Визуальная (качественная) оценка термографии позволяет определить расположение, размеры, форму и структуру очагов повышенного излучения, а также ориентировочно оценивать величину инфракрасной радиации. Однако при визуальной оценке невозможно точное измерение температуры. Кроме того, сам подъем кажущейся температуры в термографе оказывается зависимым от

скорости развертки и величины поля. Затруднения для клинической оценки результатов термографии заключаются в том, что подъем температуры на небольшом по площади участке оказывается малозаметным. В результате небольшой по размерам патологический очаг может не обнаруживаться.

Радиометрический (количественный) подход весьма перспективен. Он предполагает использование самой современной техники и может найти применение для проведения массового профилактического обследования, получения количественной информации о патологических процессах в исследуемых участках, а также для оценки эффективности термографии.
^ 8.Устройство медицинских тепловизоров.
Тепловизоры, применяемые сейчас в тепловизионной диагностике,

представляют собой сканирующие устройства, состоящие из систем зеркал, фокусирующих инфракрасное излучение от поверхности тела на чувствительный приемник. Такой приемник требует охлаждения, которое обеспечивает высокую чувствительность. В приборе тепловое излучение последовательно преобразуется в электрический сигнал, усиливающийся и регистрирующийся как полутоновое изображение.

В настоящее время применяются тепловизоры с оптико-механическим

сканированием, в которых за счет пространственной развертки изображения осуществляется последовательное преобразование инфракрасного излучения в видимое.

Общим недостатком существующих тепловизоров является необходимость их охлаждения до температуры жидкого азота, что обусловливает их ограниченное применение. В 1982 году ученые предложили новый тип инфракрасного радиометра. В его основе - пленочный термоэлемент, работающий при комнатной

температуре и обладающий постоянной чувствительностью в широком диапазоне длин волн. Недостатком термоэлемента является низкая чувствительность и большая инерционность.
^ 9.Пути и перспективы совершенствования тепловизионной диагностики в медицине.
В заключении, нужно указать на основные пути и перспективы

совершенствования тепловизионной техники. Это, во-первых, повышение уровня четкости и степени контрастности тепловизионных изображений, создание видеоконтрольных устройств, дающих увеличенное воспроизведение теплового изображения, а также дальнейшая автоматизация исследований и применение

ЭВМ. Во-вторых, совершенствование методики тепловизионных исследований различных видов заболеваний. Тепловизор должен давать информацию о площади кожного участка с измененной температурой и координатах фиксированного теплового поля. Предполагается создать аппараты, в которых можно произвольно менять увеличение изображения, фиксировать амплитудное распределение температуры по горизонтальным и вертикальным осям. Кроме того, необходимо сконструировать прибор, способный интенсифицировать

развитие исследований механизма теплопередачи и корреляции наблюдаемых тепловых полей с источниками тепла внутри тела человека. Это позволит разработать унифицированные методики тепловизионной диагностики. В-третьих, следует продолжить поиск новых принципов работы тепловизоров, работающих в более длинноволновых областях спектра с целью регистрации максимума теплового излучения тела. В перспективе также возможно совершенствование аппаратуры для сверхчувствительного приема электромагнитных колебаний дециметровых, сантиметровых и миллиметровых диапазонов.

Заключение.
^

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: