Тепловизионная скрининг-диагностика. Болезни системы кровообращения. Варикозное расширение вен нижних конечностей. Флебит и тромбофлебит. Атлас

МЕДИЦИНСКОЕ ТЕПЛОВИДЕНИЕ








М.Г. Воловик, И.М. Долгов, Н.Л. Муравина

ТЕПЛОВИЗИОННАЯ


            СКРИНИНГ-ДИАГНОСТИКА


Болезни системы кровообращения Варикозное расширение вен нижних конечностей. Флебит. Тромбофлебит


            Атлас термограмм










Москва 2020

УДК 616.14
ББК 54.10я6
     В68




























      М.Г. Воловик, И.М. Долгов, Н.Л. Муравила
      Тепловизионная скрининг-диагностика. Болезни системы крово-В68 обращения : Атлас термограмм / М.Г. Воловик, И.М. Долгов,
      Н.Л. Муравина. - Москва : Дигносис : Паблит, 2020. - 92 с.


            ISBN 978-5-6044658-3-7



                                                  УДК 616.14
                                                  ББК54.10я6

ISBN 978-5-6044658-3-7

      Предлагаемый для ознакомления материал - результат работы ученых и специалистов в области медицинских высоких технологий компании «ДИГНОСИС» (г. Москва) в содружестве с разработчиками передовых программных «облачных» технологий и производителями российской тепловизионной техники.
      Материал получен на аппаратно-программном комплексе тепловизионного скрининга «Дигносис®», включающем в себя прибор регистрации инфракрасных изображений (комплекс ориентирован на использование, в первую очередь, отечественных медицинских тепловизоров «ТВСЗОО-мед», выпускаемых по программе импортозамещения разработчиком и производителем инфракрасной техники для ВПК - компанией «СТК СИЛАР» (г. Санкт-Петербург) и многофункциональную программу «TVision»*, построенную на «облачных» технологиях систем передачи, обработки, анализа и хранения данных, что полностью соответствует современным концепциям развития телемедицины.
      Благодаря тщательно продуманной логике работы комплекс прост и удобен в применении, не требует специально оборудованных помещений и длительного обучения персонала.
      Все представленные в атласе термограммы с тепловизионными признаками патологий взяты из созданной компанией «Дигносис» и постоянно пополняющейся базы данных по термосемиотике заболеваний, достоверно подтвержденных стандартными методами инструментальной диагностики и клиническими анализами в соответствии с профилем изучаемой патологии.

  * Свидетельство Федеральной службы по интеллектуальной собственности о государственной регистрации программы для ЭВМ «TVision» № 2018616903 от 08.06.2018 г. (Правообладатель ООО «Дигносис» г. Москва, Россия)

3

        ПРЕДИСЛОВИЕ

    Современная медицина идет по пути совершенствования инструментальных технологий диагностики и лечения, и этот прогресс касается всех отраслей медицинских специальностей. Практически невозможно представить себе диагностический поиск без инструментальной оценки функции и морфологии исследуемого органа. Для этого используются самые различные физические принципы, ультразвуковая визуализация и молекулярный анализ, магнитный резонанс и эмиссионная томография, что, очевидно, кроме высококвалифицированных врачебных кадров требует сложнейшего диагностического оборудования и дорогостоящих расходных материалов. Несмотря на всю привлекательность, информативность и диагностическую ценность этих совершенных технологий, их применение для проведения массовых обследований, скрининга, диспансеризации, обсервации оказывается существенно ограниченным.
    Во флебологии «золотым стандартом» инструментальной диагностики является ультразвуковое дуплексное сканирование, позволяющее достаточно полно описать патологические изменения в венозном русле и точно установить диагноз, как хронического заболевания венозной системы, так и острой патологии, прежде всего острого венозного тромбоза. Но, как любая диагностическая технология, и эта методика не лишена существенных недостатков, которые в определенных условиях ограничивают ее использование. Ультразвуковое сканирование, по своему существу, аппаратно- и исследователезависимая методика, требующая специального оборудования и кадрового обеспечения, и результат исследования зачастую зависит от качества аппаратуры, компетенции и квалификации специалиста. Описательный подход дает широкие возможности для вольной трактовки полученных результатов, а значительность времени, затрачиваемого на одно полноценное сканирование, затрудняет его использование для массового скрининга, например, организованных коллективов. Кроме того, функциональные изменения, длительность и протяженность рефлюкса, распространение посттромботических или тромботических изменений в венозном русле прямо не коррелируют со степенью выраженности клинических проявлений венозной патологии.
    Это обусловливает продолжение поиска клиницистами, врачами-исследователями такой диагностической технологии, которая при минимуме ограничений была бы надежной, широко применимой и, в то же время, экономически доступной.
    Перспективным методом с этой точки зрения является тепловидение. Имеющиеся в научной периодике многочисленные работы как отечественных, так и зарубежных специалистов по тепловидению внушают

4

определенный оптимизм в отношении совершенствования диагностики заболеваний венозной системы.
     Тепловизионная диагностика относительно проста и универсальна. Полученные результаты могут быть переданы и интерпретированы с использованием телемедицинских технологий, значительно уменьшающих влияние человеческого фактора. Привлекательной характеристикой метода является его доказанная эффективность для скрининга больших групп. Тепловидение может быть использовано в качестве вспомогательного метода при диагностике заболеваний вен и таких их осложнений, как венозный тромбоз, трофические расстройства, изъязвления. Все шире применяется тепловидение в клинической практике при наблюдении за динамикой воспалительного процесса в тканях, а также в оценке эффективности лечебных мероприятий.
     Признание этого метода в профессиональной флебологической среде нашло отражение в новых национальных клинических рекомендациях, подготовленных Ассоциацией флебологов России и посвященных диагностике и лечению хронических заболеваний вен. Обобщение и систематизация данных, накопление новых сведений о тепловизионных феноменах при заболеваниях вен нижних конечностей является актуальной социально важной задачей.
     Можно приветствовать появление в отечественной литературе нового справочного издания по тепловизионной скрининг-диагностике венозной патологии.




     Вице-президент Ассоциации флебологов России, доктор медицинских наук, профессор

М.Н. Кудыкин

5

        Тепловидение. Общие понятия


      Температура - универсальный параметр жизнедеятельности всех живых систем, отражающий функциональное состояние как организма в целом, так его частей (органов и систем органов, каждого локального участка любой ткани). О значении температуры тела человека в норме и при патологии были хорошо осведомлены еще врачи древности. Древние греки погружали тело во влажную грязь, и область, которая высыхала быстрее, указывала им на местное проявление болезни. До восемнадцатого века использование руки и термометров оставалось единственным способом измерения тепла, исходящего из тела, и до сих пор мы все еще полагаемся на контактные термометры при проведении медицинского обследования. Лишь после открытия и исследования инфракрасного (ИК) излучения стали возможны значительные успехи тепловизионной визуализации проявлений патологии, для которой нет необходимости в непосредственном контакте измерительного прибора с пациентом.
      Основы для понимания природы ИК части электромагнитного спектра были заложены двумя членами одной семьи: выдающимся астрономом Уильямом Гершелем, обнаружившим в 1800 году эффект нагрева за видимым красным светом, который он назвал «лучистым теплом», теперь известным как ИК излучение, а также его сыном - Джоном Гершелем, в 1840 году получившим в экспериментах с естественным солнечным светом первое тепловое изображение - термограмму.
      Ко второй половине XIX века стало известно, что тепловое излучение и другие электромагнитные волны, такие как видимый свет или радиоволны, имеют сходную природу. За этим последовало открытие законов радиации Кирхгофа, Стефана-Больцмана, Вина и Планка. К середине XX века интенсивная и успешная работа по военному использованию ИК технологий способствовала созданию первых тепловизоров.
      Сегодня мы можем констатировать, что современные системы ИК визуализации оказали огромное влияние на многие отрасли нашего знания, в том числе на медицину. Однако должно было пройти еще более ста лет от термограммы Д. Гершеля, прежде чем было получено тепловое изображение человеческого тела, а позднее стало возможным успешно реализовать практическое использование тепловидения в диагностике болезней.
      Около 1880 года американский астроном и физик Самуэль Лэнгли изобрел болометр - тепловой приемник излучения, основанный на изменении электрического сопротивления полупроводникового термочувствительного элемента при его нагревании вследствие поглощения измеряемого потока излучения. С этим прибором можно было зарегистрировать тепло живых существ размером с корову на расстоянии более 400 метров.

6

      Потребовались, однако, принципиальные открытия в физике и огромные усилия в области новых технологий, чтобы создать аппаратуру, пригодную для решения сложных практических задач в технике и в медицине. И первые такие системы основывались на активной локации: в 1914-1918 годах появились приборы обнаружения противника дистантным измерением температуры, которые могли «увидеть» самолет на расстоянии 1,5 км, человека - 300 м. Только после второй мировой войны появились исследования по созданию «пассивных», то есть не облучающих цель приборов, использующих преобразователи изображений и высокочувствительные фотонные детекторы. К середине 1950-х годов были частично рассекречены ИК разработки для военных и космических целей, и появились первые публикации о технических свойствах таких приборов.
      История создания тепловизоров для медицинского применения включает в себя несколько поколений приборов. Немецкий физик-спектроскопист Мариан Черни, заложивший теоретический фундамент для разработки термо датчиков, в 1925 году разработал эвапорограф. Его ученик Боулинг Барнс в 1950-х годах построил первый тепловизор на основе термисторов. Один из таких приборов и применил канадский акушер-гинеколог Рэй Лоусон из Университета Макгилла для получения термограммы молочных желез. В 1956 г. он опубликовал работу, где сообщил о выявлении с помощью ИК визуализации повышения температуры кожи в проекции верифицированных злокачественных опухолей молочной железы у 26 женщин. Это пионерское исследование можно считать началом нового диагностического метода - клинической термографии (тепловидения). Последующие публикации Лоусона и других основоположников тепловидения привели к тому, что метод за короткое время буквально «ворвался» в различные области медицины. К середине 1970-х годов появились многочисленные термографические общества, регулярно проводились международные конференции, издавались журналы.
      Прежде, чем началось бурное развитие медицинского тепловидения, в 1946-1964 гт., появились работы отечественного ученого профессора Н.Н.Красногорского, который исследовал ИК излучение и его связь с вегетативными реакциями организма у здоровых и больных детей, в том числе при ревматизме, тиреотоксикозе, хронической диспепсии, полиомиелите, бронхопневмониях и др.
      Одним из родоначальников медицинского аппаратного ИК тепловидения в России является чл.-корр. АН СССР М.М.Мирошников. В начале 1960-х гг. в Государственном оптическом институте (ГОИ) им. С.И. Вавилова им совместно с профессором М.А.Собакиным впервые в отечественной и зарубежной физиологии были выполнены работы по визуализации ИК излучения от эпигастральной области и установлена зависимость его величины и распределения температуры от функционального состояния желудка. С тех пор многие отечественные ученые, представляющие различные тепловизионные школы

7

(ленинградская, московская, нижегородская, архангельская, новосибирская, тбилисская, киевская, минская...), достойно пополняли копилку знаний по тепловизионной семиотике заболеваний.
      Талантливые инженеры и конструкторы успешно разрабатывали отечественную тепловизионную аппаратуру: в ГОИ это была группа под руководством М.М. Мирошникова (модели серии «Рубин», потом «Янтарь», а начиная с середины 80-х годов быстродействующие тепловизоры серии «Радуга»); в НПО «Исток» во Фрязино - группа акад. Н.Д. Девяткова (быстродействующие тепловизоры БТВ-1 и ТВ-03 с многочисленными модификациями).
      Быстрая эволюция технических достижений в технологии инфракрасных (ИК) датчиков, обработка изображений, «умные» алгоритмы, базы данных и системная интеграция открывают путь для новых методов исследования и использования в медицинской ИК визуализации. Эти прорывы позволяют эффективно использовать высокочувствительную аппаратуру, с помощью которой можно решать ключевые проблемы диагностики, прогноза и мониторинга лечения. Новый уровень диагностической стандартизации позволяет, в свою очередь, еще шире использовать ИК визуализацию как конкурентоспособный и экономически выгодный, неинвазивный, безопасный способ обнаружения заболеваний «первой линии».

      Медицинское тепловидение сегодня является продуктом многих новых и ярких идей, концепций и технологий, которые обусловливают более широкое внедрение метода в скрининг-диагностику, мониторинг лечения и прогноз течения множества заболеваний, основой чего является понимание механизмов теплопродукции и терморегуляции в живом организме. Динамическое тепловое изображение, важная роль тепловидения в мультимодальных системах визуализации и передовые технологии машинной обработки изображений - вот только некоторые из ключевых достижений современной науки и техники, которые делают вспомогательную ИК информацию все более актуальной. С их помощью функциональная ИК визуализация может определять значимость, стадийность и прогрессирование заболеваний, предупреждать возникновение осложнений. Получение эффективных, достоверных и воспроизводимых результатов обеспечивается не только высокими технологиями, но и грамотным методологическим подходом, стандартизацией, калибровкой и разработкой детальных протоколов тепловизионных измерений.
      Современная медицинская ИК визуализация предоставляет медицинскому сообществу высокоэффективные инструменты для использования метода в клинике.

8

        Достоинства тепловидения как метода диагностики:

      - простота, доступность и удобство применения;
      - получение результатов в режиме реального времени;
      -       мобильность и отсутствие привязки к кабинету или определенной зоне с заданными свойствами;
      -       возможность выполнения исследования (получение первичных данных в виде термограмм) любым человеком, прошедшим необходимое относительно кратковременное обучение, в том числе, не имеющим медицинского образования (младший медперсонал, лаборанты);
      -       поскольку данный прибор является элементом программноаппаратного комплекса, имеется возможность передачи изображения в службу, где специалисты по тепловидению в режиме «онлайн» оценят полученное изображение на наличие температурных признаков патологии, -реализованы алгоритмы телемедицинских технологий. Современные программные средства для тепловидения уже сегодня могут в автоматическом режиме выявлять признаки патологических зон и формировать протоколы тепловизионных обследований пациентов.
      Тепловидение неинвазивно и полностью безвредно для пациента и обслуживающего персонала, может выполняться многократно и при любой тяжести состояния больного.
      Таким образом, нишу тепловидения в медицине определяет не только длина волны регистрируемого от тела излучения, но также ряд дополнительных уникальных возможностей, которые способны превратить его, по выражению Л.Б. Лихтермана, в «идеальный метод диагностики». Его бесспорные достоинства: абсолютная безвредность, наглядность, простота и быстрота получения результатов при высокой информативности, привели к быстрому расширению сферы применения тепловизионного метода в медицине. Исследуя распределение температуры по поверхности тела человека (терморисунок, или термопаттерн), можно выявить признаки большого количества разнообразных заболеваний (в настоящее время -более 150), нередко на доклинической стадии, то есть до появления жалоб больного.

      На чем же основана медицинская тепловизионная диагностика, какую информацию от нашего организма может нести ИК излучение, которое регистрирует тепловизор?
      Тело человека является открытой неравновесной термодинамической системой, которая выработала сложно организованный комплекс механизмов терморегуляции для постоянного взаимодействия с окружающей средой. Стабильность внутренней среды и ее динамического баланса является неотъемлемым свойством жизнедеятельности организма. Задача терморегуляторной системы - поддержание постоянной температуры «ядра» (центральных областей тела: черепная коробка, грудная клетка и брюшная полость) за счет контролируемых изменений температуры

9

«оболочки» (периферических областей, прежде всего конечностей). Такие организмы, обеспечивающие себе высокую степень независимости от окружающей температуры, называются гомойотермными, или «теплокровными», в противоположность пойкилотермным, или «холоднокровным». В 1972 году Комиссия по термофизиологии Международного союза физиологов определила гомойотермность как способность организма сохранять температуру тела постоянной в пределах ±2°С независимо от температуры внешней среды. Температура ядра у человека равна 37,5±0,5°С, а средневзвешенная температура кожи в условиях комфорта составляет 32,0±1,0°С и весьма изменчива.
      Терморегуляция является комбинацией двух процессов -теплообразования и теплоотдачи. Наиболее важные физиологические процессы, служащие источниками тепла в теле гомойотермного животного, это основной обмен (поддержание градиентов веществ и зарядов на мембранах всех клеток; работа сердца и дыхательных мышц; перистальтика кишечника; поддержание тонуса гладких и скелетных мышц; процессы регенерации и др.), а также поддержание позы, холодовой мышечный тонус, двигательная активность и холодовая дрожь. Рассеивание тепла в окружающую среду, жизненно важное для гомойотермных организмов, происходит несколькими путями: теплопроводностью, теплоизлучением, конвекцией и испарением жидкости с поверхности тела.
      Центральные терморегуляторные реакции в человеческом организме управляются гипоталамусом. Реакции, которые увеличивают теплопотери (потоотделение, расширение периферических сосудов, глубокое дыхание), регулируются передним гипоталамусом. Реакции, направленные на образование и сохранение тепла, осуществляются действием заднего гипоталамуса. Имеются также местные механизмы терморегуляции.
      Температура поверхности любого участка кожи определяется сложным комплексом экзогенных и эндогенных факторов. ИК излучение от кожных покровов отражает состояние и динамику энергетических процессов в них; эти процессы зависят от локальной и системной терморегуляции, которая в физиологических условиях поддерживает температурный гомеостаз тканей с учетом поступающей от них информации. Поэтому участок кожи в ИК отображении является «экраном», с которого можно «считывать» опосредованные данные о состоянии периферических нервов, спинного мозга, стволовых и корковых отделов головного мозга, сосудов и обменных процессов, функциональном состоянии организма в целом. Экзогенные (внешние) факторы, определяющие ИК излучение от кожи, это температура, площадь и продолжительность внешнего температурного воздействия. Структура кожи оптимально обеспечивает выполнение функции терморегуляции.
      Таким образом, формирование тепловизионной картины на поверхности тела человека является результатом реализации в организме

10