Medical thermography: capabilities and perspectives

Cover Page

Abstract


Medical thermography is a modern diagnostic method that is currently gaining popularity due to high informative value and non-invasiveness. The aim of the study was to review the capabilities and prospects of medical thermography in modern medicine. The analysis of domestic and foreign literature on the application of medical thermography methods for the period of 2012-2017 was performed. The article presents the capabilities of imaging in various fields of medicine, evaluates the prospects of further development of the method, advances and disadvantages of thermography were identified. It also provides the review of the application of medical infrared thermography in clinical medicine. The experience of thermography application in various medical fields was investigated: angiology, otolaryngology, surgery, neurology, obstetrics and gyenecology, etc. Apart from medical aspects of this topic, the article discusses the history of medical thermography as well as provides the physical principles of this method. At present, thermal imaging can solve a wide range of problems: determining the presence of changes in the human body, and, as a result, the probability of pathology development, monitoring the effectiveness of treatment and rehabilitation. Every year more and more studies are carried out, confirming the high efficiency, reliability and safety of thermography, thermographic screenings are suggested, that can be assumed as prediction of future method's popularity.


Медицинская термография (тепловидение) — метод регистрации естественного теплового излучения тела человека в невидимой инфракрасной области электромагнитного спектра. В настоящее время данный метод становится всё более востребованным и популярным.

Медицинская термография берет своё начало с 1956 г., когда канадский учёный Роберт Лаусон впервые опубликовал данные об опыте применения инфракрасных приборов «Бэрд» и «Рекси» для диагностики заболеваний. Автор впервые зарегистрировал локальное повышение интенсивности инфракрасного излучения участка кожи в области проекции злокачественного образования молочной железы [1].

Затем в 1960 г. данная методика была применена в Англии, в 1961 г. — во Франции, а в 1965 г. — в США. В те годы тепловидение применяли исключительно для диагностики опухолей молочной железы [2]. В России с этой же целью впервые использовал термографию Б.В. Петровский в 1966 г.

70-е годы XX века оказались периодом бурного развития медицинской термографии. Во многих странах начали активно строить тепловизоры, в 1971 г. была организована Европейская ассоциация термографистов, в 1972 г. была проведена первая Всероссийская конференция по термографии, а в 1974 г. прошёл первый Европейский конгресс [2].

Однако в 80-е годы прошлого века в связи с активным развитием рентгенологических и ультразвуковых методов ­исследования тепловидение ушло на второй план. Термография, не составляя конкуренции другим методам визуализации, могла бы занять свою нишу среди методов диагностики. Однако она оказалась незаслуженно забытой в связи с недостаточным качеством оптической техники [1].

В современной медицине термография восстанавливает утраченные позиции. Создают новые приборы, всё чаще применяют тепловидение для диагностики самых разных заболеваний.

Цель работы — рассмотрение возможностей и перспектив медицинской термографии в современной медицине.

Проведён анализ отечественной и зарубежной литературы на тему применения методов исследования медицинской термографии за период 2012–2017 гг.

Температура — один из важнейших показателей состояния здоровья человека. Любое патологическое состояние локально или генерализованно затрагивает процессы теплопродукции и теплообмена в организме. Так, например, при воспалении скорость протекания биохимических процессов снижается, но усиливается процесс разобщения дыхания и фосфорилирования. Вследствие этого температура воспалённого участка будет выше, чем температура окружающих тканей [3].

При термографии определяется характерная тепловая картина всех областей тела. У здорового человека она относительно постоянна, но при возникновении заболеваний возможны изменения. В норме более
высокая температура определяется над крупными кровеносными сосудами (проекция сонной артерии, подключичной артерии), в области глазниц, в околоротовой области. Температура поверхности щёк, ушной раковины, надбровной области и волосистой части головы, напротив, значительно ниже температуры окружающих тканей. Изменение в нормальном распределении температур — признак патологического процесса [4].

Физически метод термографии основан на том, что каждое нагретое тело становится источником теплового излучения. Тепловое излучение — особый вид электромагнитного излучения, возникающий в результате теплового возбуждения частиц, содержащих электрические заряды. Любое тело, нагретое до температуры выше абсолютного нуля (в том числе и человеческий организм), излучает электромагнитные волны в широком спектре частот. Человеческое тело излучает преимущественно в инфракрасном диапазоне. Инфракрасные лучи невидимы, но их можно зарегистрировать при помощи специальных датчиков. На основании полученных данных можно выделить зоны гипер- и гипотермии, сравнить их с нормой и сделать вывод о наличии или отсутствии патологических очагов в организме [5].

В настоящее время можно выделить две методики проведения тепловизионного исследования: оценка статической (нативной) и динамической тепловой картины [6].

При проведении нативного тепловидения осуществляют тепловизионную скрининг-диагностику. Динамическое тепловидение — оценка эволюции тепловой картины за определённый период.

Возможны два варианта динамического тепловидения, которые различаются как методикой проведения обследования, так и временем, в течение которого оценивают изменения в тепловой картине.

Первый вариант — проведение повторных тепловизионных обследований через определённые отрезки времени. Временной интервал между такими обследованиями может составлять часы, сутки, месяцы и даже годы.

При втором варианте динамической термографии регистрируются быстрые изменения инфракрасного излучения в ответ на провоцирующую пробу, которая усиливает нагрузку на местные или общие механизмы терморегуляции. После провокации возникает комплекс вегетативно-сосудистых реакций, различных по степени их выраженности и скорости возвращения к исходному уровню после прекращения воздействия.

Инфракрасная термография обладает рядом преимуществ перед рентгеновскими и инвазивными методами диагностики. Во-первых, это абсолютно неинвазивный метод, не причиняющий никакого дискомфорта пациенту [7–11]. Во-вторых, методика полностью безопасна и достаточно проста в исполнении [12–14].

Следует отметить, что медицинское тепловидение безопасно не только при однократном и кратковременном применении, но и при более частом использовании. Безопасность термографии позволяет применять её даже во время беременности и у маленьких детей [3, 11, 14, 15]. Кроме того, медицинская термография, хоть и относится к методам лучевой диагностики, в отличие от рентгенографии и компьютерной томографии не несёт лучевой нагрузки. В сравнении с магнитно-резонансной томографией рассматриваемая методика гораздо выгоднее экономически.

Помимо этого, можно выделить такие свойства, как возможность длительного непрерывного наблюдения за одним пациентом или за несколькими пациентами сразу. Чисто технически термографию отличают высокая скорость получения информации и удобство хранения информации. Термография также служит бесконтактным методом, что позволяет считывать информацию на расстоянии и, как следствие, предотвращает распространение инфекций, передающихся контактным путём [6].

Безвредность термографии обусловлена тем, что данный метод основан на регистрации электромагнитного излучения человека без лучевой нагрузки на организм [3].

Возможность обследовать весь организм сразу и в рамках одного обращения пациента также является существенным плюсом в методе термографии [4].

Однако, помимо положительных качеств, тепловидение имеет ряд недостатков, к которым относятся относительная дороговизна метода и малая избирательность (неспецифичность).

1. Дороговизна метода. Многие врачи недоверчиво относятся к инфракрасной термографии в связи с низкой чувствительность и недостаточным разрешением тепловизоров, использовавшихся до недавнего времени. Современные тепловизоры лишены подобных недостатков, но весьма дороги. Экономический вопрос также является сдерживающим фактором. Однако по сравнению с магнитно-резонансными томографами тепловизоры имеют меньшую стоимость [3].

2. Малая избирательность (неспецифичность) метода. Температура — неспецифический показатель, и этот момент мешает в использовании термографии как референтного диагностического метода. Данные термографического исследования не могут указывать на развитие того или иного заболевания со стопроцентной вероятностью, необходим анализ клинической картины и данных других методов исследования.

Помимо этого, среди врачей сложилось мнение о том, что термография очень часто становится причиной гипердиагностики. Зачастую бывает достаточно сложно отличить истинное развитие патологического процесса от индивидуальных физиологических особенностей организма [16].

Несмотря на некоторые минусы, потенциал применения инфракрасной термографии огромен. При помощи тепловидения можно диагностировать различную патологию во многих областях медицины.

Широкое распространение получила термография в онкологии. Для злокачественных опухолей характерна зона гипертермии, соответствующая области инфильтрации с разницей в температуре с окружающими тканями [10]. Тепловидение позволяет обнаружить опухоль молочной железы гораздо раньше, чем это возможно при маммографии [11]. Возможно обнаружение опухолей щитовидной железы. Исследования регионарных лимфатических узлов позволяют выявлять раннее метастазирование лимфогенным путём [12, 17]. Термография даёт возможность осуществлять контроль эффективности модифицирующей терапии опухолей (лучевой терапии, химиоте-
рапии) [18].

Термография нашла применение в акушерстве и гинекологии. При беременности характер распределения температур меняется, и это также можно увидеть на термограмме. Термографическими признаками беременности бывают гипертермия молочных желёз, изменение картины температур брюшной полости, постепенное распространение гипертермии в верхние и нижние отделы живота, а гипотермии — в средние, характерна светящаяся гипертермия в параумбиликальной области [3].

Разработаны термографические критерии, характерные для острых и хронических воспалительных заболеваний придатков матки, миомы матки, рака шейки матки, злокачественных и доброкачественных опухолей яичников.

Кроме того, возможно применение термографического метода в неонатологии и даже в пренатальной диагностике [11, 14].

В оториноларингологии термографию используют при воспалительных процессах и новообразованиях в верхнечелюстных и лобных пазухах. В этих случаях определяют зоны гипертермии. При злокачественных новообразования гортани на термограммах передней поверхности шеи визуализируются характерные очаги патологической гипертермии, обладающие склонностью к распространению на соседние участки тела. Кроме того, термография позволяет диагностировать параличи и парезы при поражении лицевых нервов и даже аллергический ринит [17].

В травматологии и ортопедии термографию применяют для диагностики патологии плечевых, локтевых, коленных, пястно-фаланговых, голеностопных, плюснефаланговых суставов, а также для выявления заболеваний позвоночника и костей (таких, как остеохондроз, сколиоз, невропатия периферических нервов, остеомиелит, остеопороз) [7].

В стоматологии термографию применяют для диагностики заболеваний челюстно-лицевой области, дёсен и языка [19].

Термографию активно используют для диагностики патологии сосудов (рис. 1). При нарушении артериального кровообращения (ангиоспазм, сужение или полный стеноз сосуда) определяется зона гипотермии, которая по положению, форме и размерам соответствует области снижения кровотока. При патологии венозных сосудов, напротив, обычно выявляют зону гипертермии [9].

 


Рис. 1. Термографическая диагностика заболеваний сосудов: а — облитерирующий атеросклероз сосудов нижних конечностей; б — варикозное расширение вен нижних конечностей

 

Локальное повышение температуры в области поверхностных вен нижних конечностей указывает на вероятность тромбофлебита. Атеросклеротические изменения сосудов также ведут к нарушению кровотока и изменению температуры, что позволяет зафиксировать наличие атеросклеротических бляшек методом термографии [16, 20]. Возможно применение методики в эндоваскулярной хирургии [21].

Тепловизионный метод используют в комбустиологии для диагностики ­глубины ожога, оценки адекватности инфузионной терапии, степени зрелости рубцовой ткани, жизнеспособности и динамики приживления трансплантатов, эффективности терапии [15].

В трансплантологии одной из наиболее сложных задач бывает определение готовности филатовского стебля к транспозиции. Термография позволяет оценить изменение кровотока в стебле на этапах его развития и определить момент, наиболее подходящий для транспозиции [18].

Возможна также диагностика различных заболеваний брюшной полости, особенно грыж [22]. Диагноз острого аппендицита ставят в основном по клиническим симптомам. Термография как объективный метод клинической визуализации может служить дополнением к диагностическому процессу, особенно в неясных клинических случаях, избавляя больного от инвазивных методов диагностики (рис. 2) [23].

 


Рис. 2. Термографическая диагностика острого аппендицита: a — норма; б — острый аппендицит

 

Кроме того, термография — весьма распространённый метод оценки качества реабилитации [24]. В неврологии тепловидение применяют для диагностики различных повреждений периферических нервов [25].

Помимо клинической медицины, термография нашла своё применение в фундаментальной фармакологии. Данная методика позволяет получить данные о воздействии различных лекарственных средств на организм человека, а также проводить испытания новых препаратов на лабораторных животных [15].

В настоящее время тепловидение может решать широкий спектр задач: определение наличия изменений в организме человека и, как следствие, вероятности наличия патологии, контроль эффективности лечения и реабилитации. С каждым годом проводят всё больше исследований, подтверждающих достаточно высокую эффективность, достоверность и безопасность термографии, высказывают предложения о проведении термографических скринингов [26]. Всё это даёт основания предполагать, что в скором времени термодиагностика станет так же популярна, как и рентгенологический метод обследования.

 

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов по представленной статье.

A M Morozov

Tver State Medical University

Author for correspondence.
Email: ammorozovv@gmail.com
Tver, Russia

E M Mokhov

Tver State Medical University

Email: ammorozovv@gmail.com
Tver, Russia

V A Kadykov

Tver State Medical University

Email: ammorozovv@gmail.com
Tver, Russia

A V Panova

Tver State Medical University

Email: ammorozovv@gmail.com
Tver, Russia

  • Maevskiy E.I., Khizhnyak L.N., Smurov S.V., Khizhnyak E.P. The present and future of infrared thermography. Izvestiya instituta inzhenernoy fiziki. 2015; (1): 2–12. (In Russ.)
  • Urakov A.L. Infrared thermography and thermal imaging in medical diagnostics: advantages and limitations. Elektronnyy nauchno-obrazovatel'nyy vestnik zdorov'e i obrazovanie v XXI veke. 2013; 15 (11): 45–51. (In Russ.)
  • Andreev R.S., Kalenov Yu.N., Yakushkin A.V. et al. Capabilities of infrared thermography for detection of morphofunctional human characteristics (of children and adults). Vestnik moskovskogo universiteta. Seriya 23: antropologiya. 2016; (3): 49–58. (In Russ.)
  • Khizhnyak L.N., Khizhnyak E.P., Ivanitskiy G.R. The вiagnostic opportunities of infrared thermography. Problems and perspectives. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. 2012; 19 (4): 170–176. (In Russ.)
  • Sagaydachnyy A.A., Fomin A.V., Volkov I.Yu. Limit capabilities of modern thermal imaging cameras as a tool for investigation of peripheral blood flow oscillations within different frequency ranges. Meditsinskaya fizika. 2016; (4): 84–93. (In Russ.)
  • Zhuravlev A.S., Shustakova G.V., Karchinskyy A.A. The possibilities of using remote infrared thermography to diagnose and determine the effectiveness of the treatment of certain ent organs diseases. Folia Otorhinolaryngol. Pathol. Respirator. 2015; (1): 24–26.
  • Dekhtyarev Yu.P., Mironenko S.A., Dunaevskiy V.I. et al. Thermographic diagnosis of spinal diseases in athletes. Lechebnaya fizkul'tura i sportivnaya meditsina. 2013; (8): 16–20. (In Russ.)
  • Kartel' A.A., Leshchenko V.G., Butsel' A.Ch. et al. Thermography in the diagnosis of sinusitis. Otorinolaringologiya. Vostochnaya Evropa. 2013; (2): 84–89. (In Russ.)
  • Kozhevnikova I.S., Pankov M.N., Startseva L.F., Afanasenkova N.V. Application of infrared thermography with vascular pathology (brief overview). Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovaniy. 2017; (5-1): 72–74. (In Russ.)
  • Potekhina Yu.P., Kurnikov G.Yu., Golovanova M.V., Tkachenko Yu.A. Possibilities of novel technique of infrared thermography in differential diagnosis of melanocytic skin neoplasms. Vestnik esteticheskoy meditsiny. 2012; (2): 83–88. (In Russ.)
  • Urakova N.A., Urakov A.L. Infrared thermography of fetal head as new methodic of diagnostics in obstetrics. Vestnik rossiyskoy voenno-meditsinskoy akademii. 2014; (3); 32–36. (In Russ.)
  • Gerasimova N.N. Modern possibilities of radiological imaging of lymph nodes in the armpit. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovaniy. 2016; (10-2): 201–204. (In Russ.)
  • Kozhevnikova I.S., Pankov M.N., Ermoshina N.A. Methods of infrared hermogram processing and analysis for instant diagnosis of breast cancer. Zhurnal mediko-biologicheskikh issledovaniy. 2017; 5 (2): 56–66. (In Russ.)
  • Sheyko E.A., Kozel' Yu.Yu., Triandafilidi E.I., Shikhlyarova A.I. Remote infrared thermography as an auxiliary method in the diagnosis and treatment of hemangiomas in children under one. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovaniy. 2015; (9-2): 302–304. (In Russ.)
  • Parshikova S.A., Parshikov V.V. Noninvasive monitoring of wounds healing (review). prospects of using in children facial surgery. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012; (2): 64. (In Russ.)
  • Mekshina L.A., Usynin V.A., Stolyarov V.V., Usynin A.F. Thermal imaging in the diagnosis of obliterating diseases of lover limb arteries. Sibirskiy meditsinskiy zhurnal. 2012; 27 (2): 15–22. (In Russ.)
  • Klyukin L., Ermakov V., Rudenko M. Тhe practice of early and noninvasive diagnosis of a number of nosology in the human body by unit DOT. Am. Sci. J. 2016; (1–2): 62–69. (In Russ.)
  • Efimova G.S. The experience of thermal imaging application in clinical oncology. Sciencerise. 2015; 3 (4): 91–96. (In Russ.)
  • Durnovo E.A., Marochkina M.S., Khomutinnikova N.E. et al. Features of infrared thermography in the diagnosis of complex diseases of maxillofacial region. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2012; (4): 30. (In Russ.)
  • Stulin I.D., Budadin O.N., Ivanushkin E.F. et al. Possibilities of the method of active thermolocation probe of carotid artery projection in patients with obliterating atherosclerosis of carotid arteries. Opticheskiy zhurnal. 2015; 82 (7): 75–79. (In Russ.)
  • Morozov V.V., Vayner B.G., Novikova Ya.V. Medical infrared thermography: modern capabilities and application to endovasal surgery. Fundamental'nye issledovaniya. 2012; (12-2): 325–330. (In Russ.)
  • Abbaszade T.N., Anisimov A.Yu. Possibilities of thermography in diagnostics and treatment of patients with large postoperative ventral hernias complicated with seroma and hematoma. Vrach-aspirant. 2012; 50 (1.4) 505–509. (In Russ.)
  • Morozov A.M. Thermograph in diagnosis of acute appendicitis. Vrach-aspirant. 2017; 81 (2.2): 273–280. (In Russ.)
  • Kamzolova O.A. Thermal imaging in the evaluation of the efficiency of remedial action in rheumatology (scientific review). Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy. Elektronnoe izdanie. 2013; (1); 235. (In Russ.)
  • Kolesov S.N. Imrovement of the method of thermal imaging diagnosis of peripheral nerve damage of the upper limbs. Opticheskiy zhurnal. 2015; 82 (7): 51–61. (In Russ.)
  • Krasnokutskaya L.N. Creation of the system of mass screening of the population based on the method of medical infrared thermography. Aktual'nye problemy sotsial'no-gumanitarnogo i nauchno-tekhnicheskogo znaniya. 2014; 2 (3); 63–64. (In Russ.)

Views

Abstract - 131

PDF (Russian) - 128

PlumX


© 2018 Morozov A.M., Mokhov E.M., Kadykov V.A., Panova A.V.

Creative Commons License

This work is licensed
under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.


Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС 77-70434 от 20 июля 2017 года выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)