Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Особенности современной лучевой диагностики. Проблемы отечественной медицины 17
1.1. Современные методы интроскопического исследования, критерии их выбора и перспективы развития 17
1.1.1. Методы рентгенодиагностики 22
1.1.1.1 Основные методы рентгенодиагностики 23
1.1.1.2. Специальные методы рентгенодиагностики 26
1.1.2. Методы радионуклидной диагностики 32
1.1.3. Ультразвуковое исследование 34
1.1.4. Магнитно-резонансная томография 38
1.1.5. Интервенционная радиология 41
1.1.6. Медицинская термография 43
1.2. Состояние и перспективы развития медицинской техники в России. Актуальность проблемы ранней диагностики заболеваний 47
1.3. Постановка задачи 54
Глава 2 Исследование технических возможностей термографии для ранней диагностики и скрининга 58
2.1. Методы медицинской термографии и их возможности 58
2.2. Современное оборудование для медицинской термографии 68
2.2.1. Тепловизионный комплекс для бесконтактной тепловизионной диагностики (ТКПр-ИФП СВИТ) 69
2.2.2. Радиотермометр РТМ - 01 М 75
2.2.3. Комплекс аппаратуры (термомаммограф) для ранней диагностики онкологических заболеваний молочной железы методом контактной цифровой томографии ТКЦ-1 80
2.2.4. Жидкокристаллический дискретный термометр "ТЕРМОКОН ТЖД - 01 88
2.2.5. " Диаграф объемный тепловой ДОТ 90
2.2.5.1. Ранняя экспресс-диагностика патологии желез с помощью ДОТ 96
2.2.5.2. Ранняя экспресс-диагностика патологии органов брюшной полости с помощью ДОТ 101
Глава 3 Техническое обеспечение измерений температуры в медицинской технологии диагностической контактной термографии 104
3.1. Исследование теплофизических характеристик мягких тканей 110
3.2. Выбор шага сканирования 117
Глава 4 Технические средства контроля функционирования в медицинской термографии 121
4.1. Стенд-имитатор нарушения теплового режима мышечной ткани 123
4.2. Стенд-имитатор нарушения теплового режима молочной железы 135
4.3. Методика работы на стенде-имитаторе нарушения теплового режима 144
Заключение 146
Литература 148
Приложение 1 156
- Специальные методы рентгенодиагностики
- Тепловизионный комплекс для бесконтактной тепловизионной диагностики (ТКПр-ИФП СВИТ)
- Ранняя экспресс-диагностика патологии органов брюшной полости с помощью ДОТ
- Стенд-имитатор нарушения теплового режима молочной железы
Введение к работе
Актуальность работы. Успешное внедрение современных инновационных медицинских технологий в профилактической медицине происходит, как правило, параллельно с созданием и внедрением новых технических средств обеспечивающих их реализацию. Так, для проверки функциональных характеристик новых технических средств в медицине, особенно средств с наличием элементов измерительных функций, для контроля их функционирования, настройки и калибровки, обеспечения воспроизводимости полученных с их помощью результатов диагностических обследований и обеспечения единства измерений, требуется соответствующее техническое обеспечение. В этой связи создание необходимых методик и тестового оборудования (стендов, приборов, измерительных и калибровочных комплексов, имитаторов, фантомов, эталонов, устройств и пр.), обеспечивающих контроль функционирования и выполнения диагностической процедуры в целях повышения достоверности результатов и выполнения методики диагностического обследования персоналом лечебно-профилактических учреждений, является характерной тенденцией даже для высокоразвитых стран.
Не являются исключением и вопросы измерения температуры, как наиболее востребованные в медицинской практике. В настоящее время для скринингового диагностического обследования все более широкое распространение находят методы медицинской термографии, т.к. по сравнению с другими диагностическими методами, особенно на ранних (доклинических) стадиях проявления патологий в организме человека, они являются одними из наиболее безвредных, надежных и объективных.
Медицинская термография реализуется с помощью бесконтактных и контактных методов проводимых обследований.
Бесконтактное обследование осуществляется тепловизорами. Среди контактных методов известны радиотермометия, жидкокристаллическая холестерическая термография и контактная термография высокоточными температурными сенсорами.
Контактная термография высокоточными температурными сенсорами имеет свои преимущества и реализуется с помощью диаграфа объемного теплового (ДОТ), предназначенного для скрининговой экспресс-диагностики с целью обнаружения патологических образований на ранних стадиях их возникновения и мониторинга хода лечения различных заболеваний.
В основе принципа действия ДОТ лежит тепловой контактный сканирующий способ, который позволяет по результатам измерения градиентов температуры на поверхности кожи с разрешением 0,001 С и их обработки на компьютере отображать на мониторе результаты обследования в 2D или 3D режимах и определять области с повышенной и пониженной температурой в организме. При этом анализируется внутренний тепловой поток q, на пути которого и выявляются зоны внутренней патологии:
доброкачественный (нетепловыделяющий) очаг-ДО;
злокачественный (воспалительный тепловыделяющий) очаг-ЗО.
Вследствие направленности теплового потока q из тела в окружающую среду, последний, взаимодействуя с очагом, приводит к появлению соответствующих градиентов на поверхности ЛТдо и ЛТзо, величина и форма которых, соответственно, несут информацию (размер, температура в очаге, глубина залегания) о новообразовании (рис.1).
3tttttTtttt q
Рис. 1. Схема формирования температурных градиентов на кожной поверхности участка тела модуляциями ДО и ЗО Расчет температурного поля на поверхности кожи и анализ величины положительного или отрицательного градиента связан с аналитическим представлением решений краевых задач математической физики и осуществлен с помощью функции Грина (1):
(1)
Gyr, г') =
4ят„
где, г„ - расстояние от точки максимума температуры на поверхности до точки измерения; г о - радиус вектор, задающий точку на поверхности.
Поскольку механизм съёма информации заключается в оценке матрицы градиентов температур на коже, двумерные координаты опухоли кодируются координатами полюсов изотерм, что соответствует проекциям на коже залегающих в теле патологий. Третья пространственная координата - глубина залегания Z определяется формулой (2) для тепловыделяющей опухоли и формулой (3) для нетепловыделяющей опухоли:
(2)
Г/ -Т2
(3)
где, Т - текущая температура; То- температура в полюсе изотерм; Тер - средняя температура в проекции опухоли; г - текущий радиус.
Из всех имеющихся методов термографии только обследование с помощью ДОТ позволяет получить изображение в формате 3D. Именно этот режим актуален при диагностике внутренних органов и в маммологии.
Способ диагностики патологии с помощью ДОТ наряду с высокой перспективностью имеет недостатки, а именно: отсутствие средств контроля функционирования и, следовательно, достоверности выполнения диагностической процедуры.
Актуальность научной работы обусловлена необходимостью создания средств технического обеспечения контроля функционирования приборов реализующих новую медицинскую технологию диагностической контактной термографии (ДКТ) и выполнения с их помощью методики диагностического обследования в целях повышения достоверности результатов проводимого обследования. Применение предложенного способа контроля функционирования при использовании ДОТ расширяет возможности медицинской технологии ДКТ и способствует выявлению различных патологий воспалительного и онкологического характера на ранних стадиях их возникновения.
Цель работы - исследование теплофизических характеристик мягких тканей в целях выбора аналогичного по теплопроводности материала для разработки и создания стендов-имитаторов нарушения теплового режима, сходного с нарушениями вносимыми очагами патологии 1-го и 2-го рода в организме человека, и обеспечение с их помощью контроля функционирования ДОТ и контроля выполнения диагностической процедуры обследования в целях повышения достоверности результатов по выявлению очагов патологии 1-го рода - когда температура очага ниже температуры окружающей его массы, что обусловлено ухудшенным тепловыделением в его объеме, и 2-го рода - когда температура очага превышает температуру окружающей его массы до +3С и выше.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
провести исследования, разработать и создать установку для оценки теплофизических параметров мягких тканей организма с целью их замены материалом с аналогичными параметрами для создания специализированных стендов-имитаторов нарушения теплового режима в организме человека;
провести исследования и экспериментально определить теплофизические параметры мягких тканей организма;
провести исследования и определить оптимальный шаг сканирования при измерении градиентов температуры на поверхности имитатора в целях обеспечения приемлемой точности, разрешающей способности и сокращения времени обследования;
разработать и создать стенды-имитаторы нарушения теплового режима в организме человека;
разработать и апробировать методики применения стендов-имитаторов нарушения теплового режима в организме человека и контроля функционирования ДОТ.
Научная новизна:
-
Исследованы процессы терморегуляции в организме человека и определено, что для целей медицинской термографии распределение теплового потока является определяющим фактором при создании стендов-имитаторов.
-
Установлено, что для создания стендов-имитаторов может быть выбран материал аналогичный материалу мягких тканей организма, который был бы сопоставим с
ним по теплофизическим характеристикам и в частности по коэффициенту теплопроводности. Экспериментально определены значения коэффициента теплопроводности для мышечной ткани, ткани печени и легочной ткани которые равны соответственно 0,25±15%, 0294±15%, 0,058±15% Вт/мтрад. Мышечной ткани и ткани печени из всех ближайших справочных значений по коэффициенту теплопроводности соответствуют следующие материалы: полиуретановая мастика (0,25 Вт/мтрад), тефлон (0,25 Вт/мтрад), полиэтилен (0,25-0,3 Вт/мтрад), текстолит (0,244 Вт/мтрад), бакелит (0,23 Вт/мтрад).
-
Установлено, что выбор оптимального шага сканирования при измерении градиентов температуры на поверхности стенда-имитатора в целях получения требуемой точности, разрешающей способности и сокращения времени обследования возможен при решении задачи определения глубины нахождения имитатора очага нарушения теплового режима методом моделирования и вычисления полученной с его помощью корреляционной функции pi(h). Проведенная оценка функции корреляции при имитации очага нарушения теплового режима (патология 1-го и 2-го рода с разностью температур до 3С относительно температуры окружающих тканей на глубине от 1 до 5 см) показала, что достаточным условием при поиске имитатора очага нарушения теплового режима, находящегося под поверхностью стенда-имитатора, является шаг детерминации /г=5 см.
-
В результате теоретических исследований установлено и экспериментально определено, что при установке в стенды-имитаторы имитаторов очагов нарушения теплового режима (очаги патологии 1-го и 2-го рода) на глубине от 1 до 5 см и изменение температуры имитатора очага 2-го рода в диапазоне от 0,5 до 3С обеспечивает формирование изображений, близких к реально-существующим в режимах визуализации 2D и 3D.
Практическая значимость исследования заключается в том, что разработанные и созданные стенды-имитаторы нарушения теплового режима позволяют повысить достоверность выявления патологических образований воспалительного и опухолевого характера с помощью серийно выпускаемых ДОТ и их местонахождение с точностью ±0,5 см по горизонтали и вертикали, а методика их применения при осуществлении контроля функционирования ДОТ позволяет достоверно контролировать стабильность и воспроизводимость результатов производимых с их помощью обследований, облегчить решение клинических задач по развитию способов ранней диагностики с использованием медицинской термографии и внедрению их в практическое здравоохранение.
Внедрение результатов. Результаты исследования апробированы при осуществлении контроля функционирования применяемых приборов ДОТ. Полученные результаты позволяют получить идентичные изображения на экране компьютера при использовании различных приборов ДОТ, а при необходимости существенно облегчить их настройку. По материалам исследования поданы три заявки на изобретения.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Для целей медицинской термографии распределение теплового потока является определяющим фактором при создании стендов-имитаторов;
-
Разработанная и созданная конструкция экспериментальной установка позволяет исследовать и оценить теплофизические характеристики мягких тканей организма и на основании полученных данных выбрать по коэффициенту теплопроводности наиболее подходящий материал для создания стендов-имитаторов нарушения теплового режима в организме человека;
-
В целях обеспечения требуемой точности, разрешающей способности и сокращения времени проведения измерения градиентов температуры с помощью ДОТ на поверхности стенда-имитатора необходимо определить шаг сканирования поверхности. Достаточным условием при поиске имитатора очага нарушения теплового режима, находящегося под поверхностью стенда-имитатора, является шаг сканирования поверхности /г=5 см определяемый при решении задачи нахождения глубины очага нарушения теплового режима методом моделирования и вычисления полученной с его помощью корреляционной функции pi(h).
-
Разработанные конструкции стендов-имитаторов позволяют повысить достоверность выявления патологических образований воспалительного и опухолевого характера с помощью серийно выпускаемых ДОТ, обеспечивают формирование изображений, температурных полей близких к реально-существующим в режимах визуализации 2D и 3D.
Апробация работы Материалы диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах, из них 4 - в изданиях рекомендованных ВАК, и доложены на заседаниях научно-технического совета ФГБУ «ВНИИИМТ» Росздравнадзора по теме «Технические средства диагностики в медицинской термографии».
Личный вклад автора. Выносимые на защиту результаты получены автором самостоятельно. Участие научного руководителя свелось к методическим консультациям и содействию в получении экспериментальных результатов.
Объем и структура диссертационной работы:
Специальные методы рентгенодиагностики
К специальным методам относятся:
Методы искусственного контрастирования. Плотность внутренних органов и тканей человека примерно одинакова и в ходе рентгенологического исследования не всегда достаточна для их четкого воспроизведения. В целях визуализации внутреннего строения различных органов, сосудов и тканей и успешной оценки особенностей их внутреннего строения прибегают к искусственному контрастированию с помощью контрастных рентгеновских веществ. Ангиография (артериальная и венозная) - методики контрастирования артериальных (артериография) и венозных (флебография) сосудов с помощью йодированных водорастворимых контрастных веществ. Введение рентгеноконтрастных веществ (РКВ) в артериальные сосуды можно осуществлять ручным способом или с помощью автоматического иньекто-ра в поверхностно расположенные сосуды путем чрескожной пункции, а в более глубокие - через предварительно введенный катетер с обеспечением достаточной концентрации РКВ в быстро движущемся потоке крови. Современные ангиографические аппаратные комплексы позволяют получать многопроекционное цифровое изображение сосудов и воспроизводить на серии снимков особенности динамического продвижения контрастного вещества по сосудам (регистрация фаз кровообращения - артериальной, капиллярной и венозной), либо фиксировать эту же картину с помощью видеосъемки.
Цифровая субтракционная артериография. Используются возможности компьютерной техники по обработке получаемого при ангиографии рентгеновского изображения, существенно увеличивая разрешающую способность. До введения в сосуд контрастного вещества выполняется рентгеновский снимок объекта (сердце, сосуды). Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразовывает полученное изображение с учетом его интенсивности в цифровой код, который записывается в память ЭВМ. После введения контрастного вещества снимок повторяют, соблюдая прежнее положение объекта и технические условия. АЦП преобразовывает новое изображение того же объекта с контрастным веществом в цифровой код и тоже записывает его в память ЭВМ. Затем ЭВМ вычитает фоновое (первое) изображение из контрастного (второго) и получает третье цифровое изображение и воспроизводит его на экране дисплея. Полученное конечное изображение несет в себе информацию только о тех тенях, которые соответствуют расположению контрастного вещества. Остальные органы и ткани представляются на экране в виде контуров. Следует иметь в виду, что внутрисосудистое введение РКВ, применяемое при методах исскуственного контрастирования, может сопровождаться побочными реакциями различной степени тяжести (слабые, выраженные, тяжелые). Побочные реакции проявляются в виде: болевых ощущений (в груди, в животе, в сосудах); чувства тепла или жара, головокружении, приливов крови, головной боли, озноба; зуда кожных покровов, крапивницы, кожной сыпи; насморка, чихания, покраснения и набухания слизистых оболочек, отека лица, охриплости голоса, кашля, затруднения дыхания, тошноты, рвоты, диспептических расстройств; тахикардии, (бра-дикардии), аритмии, повышения (понижения) артериального давления; удушья, потери сознания, прочих побочных проявлений. Тяжелые реакции встречаются относительно редко.
При использовании методов инфракрасной диагностики внутрисосудистое введение РКВ не осуществляется. И хотя при использовании методов инфракрасной диагностики получение результатов визуализации тканей аналогичных результатам при применении ангиографических методов диагностики на сегодняшний день получить без существенного увеличения чувствительности и разрешающей способности, как за счет применения современной элементной базы, так и за счет использования соответствующего математического аппарата и компьютерной обработки результатов проводимых измерений, невозможно, но, тем не менее, метод позволяет обнаружить патологию в организме на ее доклиническом проявлении, что и является его основным преимуществом.
Методы, регулирующие размеры получаемого изображения. К данным методам относятся телерентгенография и прямое увеличение рентгеновского изображения. Применение данных методов лучевой диагностики, также как и методов рентгендиагностики, сопряжено с повреждающим воздействием на биологические ткани рентгеновского излучения, чего лишены методы медицинской термографии. Однако, достичь такого же ре зультата визуализации с использованием методов инфракрасной диагностики, как и при использовании вышеназванных методов, на сегодняшний день невозможно по вышеназванным причинам. Тем не менее, методы инфракрасной диагностики более чувствительны при обнаружении доклинического проявления патологий на стадиях, когда еще не произошло структурных изменений в тканях.
Телерентгенография - снимок на расстоянии. Метод чаще используется в ортопедической практике для изучения исходных размеров исследуемого объекта и оценки изменений, возникающих в процессе проводимого лечения и коррекции. Основной задачей метода является воспроизведение рентгенологического изображения, линейные размеры которого на снимке приближаются к истинным размерам исследуемого объекта.
При обычной рентгенографии, когда фокусное расстояние составляет 100 см, в меньшей степени увеличиваются лишь те детали снимаемого объекта, которые находятся непосредственно у кассеты. Чем дальше отстоит участок кости от пленки, тем больше степень его увеличения. Для получения телерентгенограммы объект исследования и кассету с пленкой отодвигают от рентгеновской трубки на значительно большее, чем при обычной рентгенографии, расстояние - до 1,5-2 м, а при исследовании черепа и зубо-челюстной системы - до 4-5 м. При этом изображение на пленке формируется центральным (более параллельным) пучком рентгеновских лучей.
Метод прямого увеличения рентгеновского изображения - достигается в результате увеличения при рентгенографии расстояния “объект-пленка”. Методика чаще используется для исследования тонких структур костно-суставного аппарата либо легочного рисунка. При фокусном расстоянии в 100 см кассету с пленкой удаляют от объекта на некоторое расстояние. Расходящийся пучок рентгеновских лучей в этом случае воспроизводит увеличенное изображение. Степень увеличения можно определить
с помощью формулы: к= Н/Ь, где к - коэффициент прямого увеличения, Н - расстояние от фокуса рентгеновской трубки до плоскости пленки, равное 100 см; Ь- расстояние от фокуса трубки до объекта (в см). Оптимальное по качеству увеличенное изображение получают при использовании коэффициента в пределах 1,5 - 1,6. Для прямого увеличения целесообразно использовать рентгеновскую трубку с микрофокусом (0,3 х 0,3 мм и менее), так как небольшие линейные размеры фокуса уменьшают геометрическую нерезкость изображения и улучшают четкость структурных элементов.
Методы 2-х и 3-х мерного пространственного исследования - линейная и компьютерная томография, панорамная томография, панорамная зонография. Эти методы лучевой диагностики сопряжены со значительной лучевой нагрузкой на пациента, многократно превышающую лучевую нагрузку при обычной рентгендиагностике.
Поскольку данные методы диагностики позволяют получать изображения с очень высокой четкостью и разрешающей способностью, то они более информативны как инструмент для детализации при постановке диагноза и на данном этапе развития инфракрасные методы диагностики пока не могут с ними конкурировать. Однако, как и в предыдущих случаях, эти методы не используются широко на стадиях доклинического проявления патологий, в силу высокой стоимости проводимых исследований и значительной лучевой нагрузки на организм.
Линейная томография - методика послойного исследования, позволяет воспроизводить изображение объекта (органа) на заданной глубине. Осуществляется при синхронном движении в противоположных направлениях рентгеновской трубки и кассеты с пленкой вдоль неподвижного объекта под углом 30-50е. Различают томографию продольную, поперечную и со сложным циклом движения рентгеновской трубки (круговым, синусоидальным). Толщина выявляемого среза зависит от размеров томографического угла и чаще составляет 2-3 мм, расстояние между срезами (томографический шаг) устанавливается произвольно, обычно 0,5 - 1 см. Линейная томография используется для исследования органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, органов брюшной полости и забрю-шинного пространства, костно-суставного аппарата и др.
Зонография - послойное исследование (томография) под малым углом движения рентгеновской трубки (8-Ю е). Толщина среза (10-12 мм), томографический шаг 1-2 см, при этом создается меньшая лучевая нагрузка на пациента. Метод можно использовать для исследования органов грудной клетки, костно-суставного аппарата и др.
Панорамная зонография - современный многопрограммный метод послойного исследования зубочелюстной системы, придаточных пазух и орбит, пирамидок височных костей, верхних шейных позвонков.
Тепловизионный комплекс для бесконтактной тепловизионной диагностики (ТКПр-ИФП СВИТ)
В настоящем разделе кратко рассмотрены основные технические средства используемые в ЛПУ при проведении диагностики в медицинской термографии для скрининга, профилактического осмотра паци тов, обследования при подозрении на наличие опухолевых злокачес венных или доброкачественных новообразований.
Ниже указаны основные характеристики и особенности использования рассматриваемых технических средств.
... Тепловизионный комплекс для бесконтактной тепловизи-онной диагностики (ТКПр-ИФП СВИТ)
Тепловизор компьютерный для исследования в реальном масштабе времени ТКВр-ИФП СВИТ является современным матричным тепловизором дистантного метода диагностики и состоит из собственно тепловик онной камеры, кабеля USB2.0(High Speed), и предустановленного „а компьютере программного обеспечения [54].
Основные медико-технические характеристики представлены в таблице 1:
Тепловизор ТКВр-ИФП СВИТ представляет собой термографическую камеру третьего поколения, работающую в реальном масштабе времени. Фотоприемным элементом служит фокальная матрица полупроводниковых конденсаторов на основе арсенида индия (InAs) (рис. 5). Камера предназначена для измерения температур и анализа статических и меняющихся во времени картин теплового состояния объектов. Стационарная камера показала хорошие результаты при решении задач медицинской диагностики заболеваний пациентов методами медицинской термографии, а также при решении ряда технических и научных задач в различных отраслях народного хозяйства, например, при измерении динамических тепловых изображений поверхности вращающихся печей при производстве цемента. Фоточувствительная матрица регистрирует собственное инфракрасное излучение любых нагретых тел, в том числе собственное излучение кожных покровов человека.
Все материальные тела с температурой выше -273 С (О К), излучают электромагнитное излучение, которое в соответствии с формулой Планка можно представить в виде, показанном на рис.6 (показаны зависимости эмиссии фотонов от длины волны при двух температурах абсолютно черного тела). При повышении температуры объектов увеличивается число испускаемых квантов излучения (ИК-излучение) при фиксиро ванной длине волны. Испускаемые кванты света, в том числе невидимые (инфракрасные) с длиной волны 1 мкм могут быть зарегистрированы датчиками инфракрасных излучений (полупроводниковые фотонные датчики).
Тепловое изображение объектов формируется специальным инфракрасным объективом и регистрируется с помощью фокальной матрицы, установленной в фокальной плоскости объектива.
Спектральный диапазон предлагаемой матрицы составляет 2,65-3,05 мкм. С точки зрения разработчиков, для решения ряда термографических задач, это очень удобный спектральный диапазон. Это связано с тем, что для фотонных приемников отношение числа информационных падающих квантов излучения (например для Т=30 С, некоторой температуры поверхности кожи человека) и паразитных фоновых квантов (температура окружающего фона Т=25 С) увеличивается с уменьшением длины волны падающего излучения. Так для спектрального диапазона 8,5-12 мкм, характерного для приемников на основе соединений ртуть-кадмий-теллур, отношние составляет 1,08, для диапазона 7,5-8 мкм (приемник на основе сверхрешеток AlGaAs/GaAs) - 1,1, для диапазона 4,5-5 мкм (приемники на основе InSb и силицида платины) - 1,13, для диапазо на 3,5-3,9 (приемники на основе InSb и силицида платины) - 1,23, для диапазона 2,65-3,05 мкм (матрица на основе InAs матрицы) - 1,3 и для диапазона 1,4-1,8 мкм - 1,6. В целом это дает возможность матрицам в коротковолновой области легче регистрировать малые температурные контрасты на объектах. Кроме того, с уменьшением длины волны падающего излучения уменьшается паразитный поток комнатного фона, что упрощает схемы считывания сигналов.
Ранняя экспресс-диагностика патологии органов брюшной полости с помощью ДОТ
Прибор ДОТ представляет серьезный интерес для разработки профилактических программ для лиц любого возраста и может использоваться при профилактическом осмотре, для диагностики заболеваний органов ды-хания, острых заболеваний органов брюшной полости при которой имеет место воспалительный аутоиммунный процесс, повреждений и заболеваний суставов, нарушений периферического кровообращения и метаболизма. Полученная с помощью ДОТ диагностическая информация позволит производить упреждающую терапию в развитии ряда заболеваний, а также мотивировать и мониторировать реабилитационные мероприятия в случае развития заболевания внутренних органов.
В мире насчитывается достаточно большое количество больных с патологией внутренних органов. Частые серьезные осложнения и поражения органов брюшной полости, определяющие нередко прогноз заболевания и снижающие трудоспособность больных свидетельствуют не только о медицинском, но и о социальном значении этих заболеваний. Не всегда проводимые реабилитационные мероприятия позволяют достичь хорошей компенсации, в результате чего возникают осложнения. Вместе с тем целый ряд реабилитационных мероприятий является значительной техниче-ской и психологической нагрузкой на больного [62-65]. В этой связи постоянно ведутся поиски новых подходов в диагностике и лечении целого ряда заболеваний органов брюшной полости.
Это особенно актуально для ранней диагностики до манифестации заболевания [66-73].
Особенностью технического решения с использованием ДОТ являет-ся то, что его можно использовать для медицинского скрининга на предмет выделения групп людей, у которых воспалительный процесс органов брюшной полости протекает без болевого синдрома и выявлять заболева ния на ранних этапах развития. Выявление заболеваний на ранних докли нических этапах резко облегчает реабилитационную терапию, т.к. лечение может осуществляться с наибольшей эффективностью.
Сущность технического решения предложенного способа ранней диагноетики с использованием ДОТ заключается в выявления локального повышения температуры в проекции органов брюшной полости на внешнюю поверхность спереди и сзади тела пациента.
Решение поставленной задачи в предложенном способе ранней экспресс-диагностики достигается тем, что в области проекции органов брюшной полости проводят исследование и регистрацию накожной температуры температурным зондом с погрешностью, не превышающей 0,001 С путем сканирования кожи через отверстия в специальной мой на поясничную область, выполненной из эластичной ткани с последующим представлении массива измеренных температур в виде темпера-турного поля в обследованной зоне. Последующее сравнение формы и ин-тенсивности теплового изображения в накожной проекции органов брюшной полости и симметричной зоны в противоположной части тела позволя-ет установить ассиметрию в полученной термограмме и верифицировать состояние органов брюшной полости (норма, степень выраженности вое-паления). На основании чего врач СТсІВИТ ДИсіГНОЗ о состоянии органов брюшной полости, а также обосновывает объективную необходимость назначения лечения с последующим мониторингом эффективности лечения с помощью ДОТ.
На рис.21 показано размещение маски на обследуемом человеке Цифрами обозначены: 1-туловище обследуемого человека; 2- эластичная маска; 3 - отверстия.
Технология проведения экспресс-диагностики реализуется следующим образом. Человека, подлежащего обследованию обнажают до пояса и протирают его кожу 70 % раствором этилового спирта с целью снятия сле дов пота и жира, могущих повлиять на результаты диагностики. Зона протирки круговая выше и ниже пупка. После этого надевают эластичную маску 2 и проводят последовательное измерение во всех точках на (Ьрон-тальной (со стороны груди) и задней (со стороны спины) части ТУЛОвиТТТЯ пациента.
Результат экспресс-диагностики получают с помощью сплайновой обработки массива измеренных температурных градиентов, вводимых в компьютер, в котором предварительно установлена соответствующая про грамма обработки таких массивов. В результате получают планарное поле температур, после чего на основе построения изотерм получают на темпе-ратурном изображении полюса с известными значениями температуры в них. Затем, если в исследуемой зоне формируется локальное пятно в виде полюса изотерм с повышенной относительно симметричной зоны темпера-турой, делают вывод о состоянии органов брюшной полости и наличии воспалительного процесса.
Стенд-имитатор нарушения теплового режима молочной железы
Цели разработки испытательного стенда-имитатора нарушения теплового режима МЖ аналогичны целям разработки стенда-имитатора нарушения теплового режима мышечной ткани.
В основе разработки конструкции стенда-имитатора лежит применение материала, наиболее близко соответствующего по теплофизическим свойствам мышечной массе теплокровного биообъекта в форме полусферы (диаметр - 15 см, высота - 9 см), что подробно рассмотрено в предыдущей главе. Анализ температурного поля имитатора очага 2-го рода на поверхности стенда-имитатора нарушения теплового режима мышечной ткани в организме человека подробно рассмотрен в предыдущем разделе. Использованный при этом математический аппарат полностью применим и для стенда-имитатора нарушения теплового режима МЖ.
Для контроля теплового состояния массива стенда-имитатора в температурном диапазоне от +25С до +40С непосредственно на его исследуемой поверхности и под ней, а также для контроля температуры имитатора очага 2 рода как и в предыдущем случае установлены прецизионные датчики температуры на базе NTC-термисторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления производства компании Epcos типа В57861 303 - F40, с погрешностью измерения температуры не более 1%.
Конструктивно стенд-имитатор состоит из пяти имитаторов МЖ и платы управления имитаторами. Количество имитаторов нарушения теплового режима МЖ определено по количеству четырех наиболее часто встречающихся форм температурных полей патологий МЖ, наблюдаемых на мониторе компьютера в ходе клинической апробации ДОТ и статистической обработки полученных данных и приведенных в его руководстве по эксплуатации (имитаторы левой МЖ с 1 по 4 на рис.33). По причине чисто внешнего сходства этим четырем формам присвоены следующие условные наименования: «коса», «клин», «эллипс» и «розочка» [95]. Идеализирован иеные формы верифицированных температурных полей, характерных для патологических новообразований показаны на рис.34. Формы температурных полей 1 и 4 характерны только для патологий с повышенной температурой относительно общего фона, а формы 2 и 3 для патологий, как с повышенной, так и с пониженной температурой относительно общего фона. Имитатор 5 правой МЖ на рис.33 соответствует МЖ без нарушения теплового режима и предназначен для использования в соответствии с алгоритмом проводимых с помощью ДОТ обследований, т.к. измерение градиентов температуры проводятся последовательно сначала на левой, а затем на правой МЖ. Согласно руководству по эксплуатации ДОТ на основании проведенных измерений градиентов температуры на поверхности левой и правой МЖ в памяти ДОТ формируется массив данных, который для последующей обработки в целях визуализации изображения температурных полей и их последующего анализа передается в компьютер. Такая последовательность действий объясняется особенностью проведения термографических обследований с помощью ДОТ, так как при анализе полученных изображений отсутствие различий в тепловых изображениях левой и правой части тела пациента (тепловая симметрия) является признаком отсутствия патологии, а наличие тепловой асимметрии - признаком ее наличия.
Каждый из четырех имитаторов патологий левой МЖ (имитаторы с 1 по 4 на рис.33) конструктивно состоит из одних и тех же элементов. Имитатор температурного поля патологического новообразования МЖ типа «эллипс» показан на рис.35. Конструкция имитаторов температурных полей патологических новообразований МЖ типов «коса», «клин», «розочка» аналогична конструкции имитатора нарушения теплового режима типа «эллипс» за исключением формы используемого в них нагревательного элемента имитатора очага 2 рода или имитатора очага 1 рода.
Корпус 1 (проекция Б) имитатора нарушения теплового режима МЖ типа «эллипс» изготовлен из массива выбранного по сходству ТФХ материала в форме полусферы. Для организации теплового потока в направлении поверхности со стороны основания полусферы по центру имитатора выполнено полусферическое углубление, в котором смонтированы: алюминиевый выравниватель теплового потока имитатора 6 для выравнивания температурного поля в основании; нагревательный элемент имитатора 3 на керамическом изоляторе 13. Корпус имитатора, во избежание тепловых потерь за счет рассеивания температуры, закреплен на теплоизолированном оеновании 11 за исключением верхней стороны, организующей тепловой отток за счет естественной воздушной конвекции, аналогичной тому, что имеет меето при обследовании пациента.
В корпусе имитатора выполнены два глухих отверстия 4 (канал ввода имитатора очага 2 рода для имитации злокачественного патологического очага - имитация повышенного уровня метаболизма, например, узловой рак в начальной етадии или воспалительный очаг) и 5 (канал ввода имитатора очага 1 рода для имитации доброкачественного патологического очага - имитация нарушения метаболизма за счет ухудшения кровотока, например внутренней гематомы). Глубина залегания имитатора очага выбирается из того необходимого условия, что она больше размера самого очага. Стержень 9 для установки очага 1 рода выполнен из того же материала, что и еам имитатор. Диаметры канала 5 и стержня 9 близки друг к другу, во избежание температурных искажений при передаче тепла от основания имитатора к его поверхности. На конце стержня 9 крепится теплоизолирующий цилиндр 8, являющийся имитатором очага 1 рода, т.к. препятствует передаче тепла от нагревательного элемента 3 в основании полусферы к ее поверхности 12. В конструкции стержня 9 теплоизолирующий цилиндр 8 может быть закреплен в любом месте по его длине. В канал 4 вводится нагревательный элемент 2 имитатора очага 2 рода, температура которого контролируется с помощью термодатчика 10, закрепленного на металлическом корпусе нагревательного элемента. Температура массива самого стенда-имитатора 1 также контролируется при помощи другого термодатчика 10. При проведении контроля функционирования ДОТ замеры градиентов температуры осуществляются по меткам 14 (проекции А, Б). Измерения градиентов температуры с использованием ДОТ, необходимые для определения наличия имеющейся под поверхностью имитатора «патологии», проводятся на поверхности из тонкого слоя кожи 12 приклеенной к поверхности 1 имитатора по меткам на поверхности имитатора, что имитирует методику практического диагностирования МЖ.
Имитатор МЖ без нарушения теплового режима (позиция 5 на рис.33) представлен на рис.36. В отличие от имитатора, представленного на рис.33 он не содержит каналов ввода имитаторов очагов 1 рода и 2 рода. Исследования с использованием ДОТ распределения температуры у этого имитатора также проводятся на поверхности из тонкого слоя кожи 2 приклеенной к поверхности 1 имитатора по меткам 7, что имитирует методику практического обследования МЖ.
Все имитаторы МЖ на стенде-имитаторе подключены к блокам управления, смонтированным на плате управления имитаторами и аналогичны блокам управления, изображенным на рис.29. Блоки управления на рис.33 с 1 по 4 включают в себя блок-схему управления нагревательным элементом, имитирующим очаг патологии 2 рода и блок-схему управления нагревательным элементом имитатора МЖ, а блок управления 5 включает в себя только блок-схему управления нагревательным элементом имитатора МЖ.
Анализ температурного поля на поверхности имитатора для очага 1 рода подробно рассмотрен в [75]. Анализ величины положительного градиента температуры, возникающего при диагностировании скрытого толщей материала тепловыделяющего очага 2 рода при условии малости его размера по сравнению с глубиной его нахождения на поверхности стенда-имитатора патологий подробно рассмотрен в предыдущем разделе. Используемый при этом математический аппарат полностью применим и для имитатора нарушения теплового режима МЖ [11].
В соответствии с установленными в термографической практике данными тепловыделяющий патологический очаг 2 рода в среднем характеризуется величиной избыточной температуры до 3С по сравнению с температурой окружающих тканей [90]. Для создания температурного перепада величиной А Г мощность источника, имитирующего патологический очаг 2 рода, Q рассчитывается аналогично условию (24) в предыдущем разделе.
Температурный режим работы стенда-имитатора задается путем создания стационарной приповерхностной температуры, как и в стенде-имитаторе нарушения теплового режима мышечной ткани. Контроль температур на поверхности имитатора, где производится "обследование", а также температуры очага 2-го рода внутри массива имитатора, как указывалось выше, осуществляется с помощью прецизионных термисторов В57861-8303-Р40.
